气候变化对黑河上游地区径流影响分析.pdf

气候变化对黑河上游地区径流的影响分析 李菲菲，陆桂华，吴志勇 河海大学水问题研究所，江苏南京 (210098) E-mail：lifeifei1981@ 摘 要：本文利用黑河出山口控制站— 莺落峡水文站 1980-2000 年的实测流量资料对 VIC 模型在黑河上游地区的适用性进行验证，结果表明：VIC 模型在该地区的Nash 模型月效率 系数达0.853 ，具有较好的适用性。利用英国Hadley 气候中心区域气候模式PRECIS 模拟分 析IPPC2000 年发布的《排放情景特别报告》中给出的四种排放情景时输出的结果，将结果 中2011-2100 年50km×50km 网格尺度上的日降雨量和日最高、最低气温作为VIC 模型的输 入，模拟出未来近百年间黑河上游地区径流的变化过程。利用水文中评价旱涝的标准得出如 下结果：与基准年（1961-1990 年）相比，未来近百年间，莺落霞水文站的流量在四种气候 变化情景下均有随时间减少的趋势，且平水年出现的概率减小，流量出现丰、枯两极分化的 趋势，因此在未来近百年间要加强预防旱涝灾害的措施。 关键词：气候变化；区域气候模式；VIC 模型；水文旱涝等级标准 1. 引言 近十几年来，气候变化问题被列为全球十大环境问题之首，并日益成为国际社会的热门 话题。究其原因，气候变化不仅是气候和全球环境领域的问题，而且是一个涉及到人类社会 生产、消费和生活方式以及生存空间等社会和经济发展的重大问题。 自工业革命以来，随着大量温室气体的排放，气候系统中的能量平衡已被改变，进而导 致全球气候变暖的大趋势。气候变暖会导致大气环流加剧、蒸发增加、冰雪条件改变等结果， 最终引起降雨、蒸发、入渗、土壤湿度、河川径流、地下水等一系列变化，最终改变全球水 文循环的现状，引起水资源在时空上的重新分配[1-5] 。黑河流域作为我国西北地区最大的内 陆河流域之一，在国民经济、民族团结、国防建设上都起着十分重要的作用，但近年来，随 着人类活动的日益频繁，黑河流域出现了生态环境恶化、水资源供需短缺等一系列问题和矛 盾，由于黑河中下游地区极度干旱，区域水资源难以满足当地经济发展和生态平衡的需要， 导致水事矛盾时常发生。因此在未来气候变暖的大趋势下，如何科学、合理地规划和管理黑 河上游流域的水资源显得尤为重要。 本文采用常见的区域气候模式与水文模型相耦合的方法对黑河上游地区（见图1）的径 流变化进行研究。 2. VIC 模型适用性验证 VIC模型是基于网格的半分布式水文模型，它不仅考虑了次网格内地面植被的不均匀 性，还考虑了土壤蓄水能力的空间分布不均匀性以及降水的空间不均匀性。VIC模型不仅可 以模拟陆-气间的水量平衡，还可以同时进行能量平衡的模拟。模型输出的是每个网格上的 [6-7] 径流深和蒸发量，然后通过汇流模型将网格上的径流深转化成流域出口断面的流量过程 。 本文采用Lohmann等人开发的汇流模型进行汇流计算，模型介绍见参考文献[8]和[9]，网格 内的汇流采用单位线的方法，河道内汇流采用线性圣维南方程。 2.1 数据来源及参数率定 2.1.1 模型输入 由于资料限制，本文只利用VIC 模型进行水量平衡模拟。在不易获得完整气象资料的 -1- 地区，VIC 模型可仅通过输入降水量和最高、最低气温进行水量平衡的模拟。本文在进行径 流模拟时，以日为步长，采用距离反比加权法将邻近气象站的资料插值到各网格中，插值时 不考虑地形对降水的影响，但考虑高程对气温的影响，先将邻近气象站的气温距离反比加权 插值到每个网格，然后再根据高程每增加 100m 气温约下降0.65℃的关系将其演算至同一高 度场上的气温值。 2.1.2 模型参数率定 VIC 模型中共包含四类参数：气候背景 参数（根据实测数据标定）、植被参数（根 据Maryland 大学发展的全球 1km×1