气候变化对水文的影响研究

气候变化通过大气环流、冰川和积雪等条件变化引起降雨、蒸发、入渗、土壤湿度、河川径流、地下水等一系列的变化,进而改变全球水循环的现状,引起水资源在时空上的重新分配,并进一步影响到水资源管理系统及经济社会系统(张建云等,2007；Mimikou,1996)。

气候变化与水循环及其相互作用是当前全球变化研究的热点和前沿问题。为了推动对全球变化及其对水循环的可能影响的研究,世界气象组织(WMO)、联合国教育、科学和文化组织(UNESCO)、联合国环境规划署(UNEP)、联合国开发计划署(UNDP)和国际水文科学协会(IAHS)等一些国际组织积极发起并推动开展了国际合作研究,制定实施了一些相应的研究计划,如:世界气候研究计划(WCRP)、国际地球生物圈计划(IGBP)、国际水文计划(UNECO-IHP)等。IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)是1988年由联合国环境规划署与世界气象组织共同组建的联合国政府间气候变化专门委员会,其主要任务是为政府决策者提供气候变化的事实和对未来气候的可能变化进行预测,以使决策者认识人类对气候系统造成的危害并采取对策。最新的IPCC技术报告专门论述了“气候变化与水”问题,总结了气候变化对水影响的最新认知,指出:观测记录和气候预估提供的大量证据表明,地球上淡水资源是脆弱的,且可能受到气候变化的强烈影响,同时给人类社会和生态系统带来一系列后果(Bates等,2008)。

利用气候情景驱动水文模型评价气候变化对水资源的影响时,采用的气候情景包括两种类型:一是根据气候变化趋势假定的气候变化情景,利用该情景主要分析水资源对气候变化的敏感性；二是全球气候模式预测的情景,分析未来气候变化对水资源的可能影响,进而评价水资源系统对气候变化的脆弱性(张建云等,2007)。

Schwarz等(1977)分析了美国东北部现有的水文条件,试图评价气候对供水的影响,研究结果表明,河川径流对气候变化十分敏感。Gleick等(1986)针对美国加州萨克拉门托流域,根据8种不同的GCMS模型输出的气温和降水结果,应用水量平衡模型研究了气候变化对该流域水文情势的影响,结果表明,CO2加倍将导致流域的夏季径流减少30%～60%,冬季径流量增加16%～81%；夏季土壤湿度降低14%～36%。引起这些水文响应最主要的内在机制是降雪和融雪的条件发生了显著变化。Nash等(1990)用一个修正的水平衡模型研究了科罗拉多河水文系统的响应并与之前统计模型的研究结果进行了比较,结果表明,以前采用统计模型过高地估计了各种情景(包括气温增加)下径流的减小量,并认为在选择的温度变化范围内(±4℃),预期的径流量变化与历史记录并无统计意义上的差异,降水是影响径流变化的主要因素。美国环境保护署根据GCMS模型的输出结果,评估了美国未来水资源情势,认为在CO2倍增的情景下,西北部径流将增加20%～60%,中部则减少26%；在西北太平洋地区的年径流和洪水都将进一步加剧；根据假定的暖干(气温升高2℃,降水减少10%)和冷湿(气温降低2℃,降水增加10%)情景分析结果表明,在美国的大多数地区暖干情景下的水资源量只是冷湿情景下的50%～70%左右。(www.xing528.com)

中国幅员辽阔,南北气候差异大,水资源对气候变化的响应具有明显的区域性。中国学者以典型流域为研究对象,采用不同的水文模型,分析了不同气候区域典型流域水资源系统对气候变化的敏感性。假定不同的降水变化和气温变幅,采用考虑融雪的水量平衡模型、简化的新安江模型和两参数水量平衡模型分析了黄河中下游(王国庆等,2000)、海河流域(刘九夫,2000)、淮河流域(郝振纯,2000)、汉江和赣江(郭生练,2000)径流对气候变化的敏感性。叶佰生等(1996)、康尔泗等(1999)采用冰川动力模型分析了西部高寒内陆河伊犁河和黑河出山径流对气候变化的响应；英爱文等(1996)、邓慧平等(1998)分别采用WatBal模型和类似于abcd水量平衡模型的模拟技术分析了东北地区辽河流域和西南地区沱江流域水文对全球气候变化的敏感性。以上研究结果表明,径流对降水的敏感性远大于对气温的敏感性；相同变化幅度时,径流对降雨增加比对降雨减少敏感；气候过渡区的径流敏感性小于干旱区,湿润地区最弱；气温升高使得冰川对年径流的调节作用减小,可以明显增加春季径流,减少其他季节径流(张建云、王国庆等,2009)。

利用径流对降水变化响应的敏感程度或弹性系数结合全球气候模式的模拟结果,预计21世纪中期和后期,在人类活动引起的全球气候继续变暖情况下,长江、黄河、松花江和珠江4条河流的径流量都可能呈增加趋势,其中,长江和黄河增幅可能略小(任国玉等,2008)。黄艳等(2009)以三种排放情景(A1B、A2、B1)下气候模式输出成果作为径流模型的输入,模拟了长江流域径流量的可能变化趋势,认为未来10～30年长江流域径流量将以减小为主,2060年以后将转变为显著增大的变化趋势。张建云等(2007)根据SRES情景下的未来可能气候变化,采用VIC模型模拟了4种气候情景下全国径流量的可能变化,认为,全国径流量以增加趋势为主,个别地区存在减少的可能,其中,华北和东北的个别省份减幅可能较大。特别强调的是,对未来水资源变化的评价结果在很大程度上依赖于未来的气候变化情景。限于目前对大气过程的认知水平,对未来气候变化预估存在较大的不确定性；同时,由于对水文过程认知的不足,评价模型本身也存在一定程度的不确定性,因此,对未来水资源变化预估也存在较大不确定性(贺瑞敏、刘九夫等,2008)。