流域径流对气候自然变异与人为强迫变化响应的识别方法

The global climate warming will change the water cycle which causes the variation of amount of water resources and its temporal/spatial distribution. It is a difficult point to separate the contribution of climate natural variability and climate forced change on runoff in river basin. Restricted by the indeterminacy of emission scenarios and simulation ability of weather model, currently, research mentioned above is still in the preliminary stage. As the hydrological elements are affected by climatic conditions, weather process, and underlying surface's characteristics, it essentially belongs to the multi-factor coupling problem .Based on the study area of Nen River Basin in the northeast of China, this project adopts mathematical statistics to analyze the variation tendency of hydro-meteorological factors, conceptual hydrological model to simulate the effect of human activities on runoff, distributed model to analyze the effect of underlying surface on runoff variation. Finally the method of nonlinear global sensitivity analysis based on multi-factor coupling is used to recognize the responses of runoff to climate natural variability and climate forced change, thus to evaluated the contribution condition of two kinds of climate change on runoff variation.

全球气候变化将改变水文循环，导致水资源量及其时空分布变化。分离气候自然变异和人为强迫变化对流域径流变化的贡献是研究气候变化对水资源影响的难点。由于受排放情景不确定性和气候模型模拟能力的限制，目前，该研究尚处于起步阶段。流域水文要素同时受到气候条件、天气过程和下垫面特征综合作用，本质上属于多因素耦合作用问题。本项目结合我国东北地区嫩江流域，采用数理统计方法分析水文气象要素变化趋势、概念型水文模型模拟人类活动年际变化对流域产汇流影响和分布式模型分析下垫面各因素对径流变化的影响，最终采用基于多因素耦合作用的非线性全局敏感性分析方法，识别流域径流对气候自然变异和气候人为强迫变化的响应，从而评价两方面气候变化因素对流域径流变化的贡献。

全球气候变化将改变水文循环，导致水资源量及其时空分布变化。分离气候自然变异和人为强迫变化对流域径流变化的贡献是研究气候变化对水资源影响的难点。本项目结合嫩江流域水文气象数据，采用数理统计方法、智能算法以及模型模拟，开展了研究工作，具体研究结果如下：（1）采用数理统计方法分析水文气象要素（气温、降水、径流、蒸散发）变化趋势，结果表明，嫩江流域最冷月份和最冷地区气温显著上升；年降水在时间上并无趋势性变化，汛期空间分布集中，非汛期分散；年径流具有显著的下降趋势，河川径流来源具有季节性差异；年蒸散发在时间上没有趋势性变化，从上游至下游逐渐减小。（2）分析人类活动引起下垫面变化对径流变化的影响，80年代开始径流有缓慢增长趋势，90年代初期有较大幅度上升，90年代中期径流开始大幅度减少。（3）水热耦合平衡理论研究，建立嫩江流域水热耦合平衡模型，以傅抱璞公式为代表的水热耦合平衡模型估算结果具有较高精度，且干燥度大的汇水区精度较高，下垫面参数w由上游至下游随植被覆盖率的减小而减小。（4）结合水热耦合平衡模型，采用敏感系数方法定量计算气候变化与人类活动对流域径流变化的贡献率，评价流域径流对气候自然变异和气候人为强迫变化的响应，结果表明，嫩江流域径流下降主要由人类活动影响，贡献率达到66%，径流的趋势变化与人类活动（土地利用变化）有关，且主要体现在沼泽和林地的变化。此项研究对于流域水资源可持续利用具有重要的意义。在本项目的资助下，发表论文7篇，其中，SCI检索2篇，核心期刊4篇；申请发明专利3项，授权软件著作权1项；依托本项目成功申请中韩国际（地区）合作与交流项目1项；举办4次国内学术交流会。