对气候变化对海河流域水文特性的影响

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1、水　　利　　学　　报2005年3月SHUILIXUEBAO第36卷　第3期文章编号:055929350(2005)0320274206气候变化对海河流域水文特性的影响1211袁飞,谢正辉,任立良,黄琼(11河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京　210098;21中国科学院大气物理研究所,北京　100029)摘要:本文应用大尺度陆面水文模型———可变下渗能力模型VIC(VariableInfiltrationCapacity)与区域气候变化影响研究模型PRECIS(ProvidingRegionalClimateforImpact

2、sStudies)耦合,对气候变化情景下海河流域水资源的变化趋势进行预测。结果表明:未来气候情景下,即使海河流域降水量增加,年平均径流量仍将可能减少,预示海河流域的水资源将十分短缺;若考虑21世纪人口增长因素,海河流域的水资源形势将更加严峻;未来气候情景下,汛期的径流量增加,说明海河流域发生洪水的可能性将增大。关键词:VIC模型;气候变化;区域气候模型:径流中图分类号:P333文献标识码:A气候变化不仅影响着水文、生物和生态系统,还影响着经济、生活,因此未来气候变化引起的效应对地区、国家甚至全球的可持续发展具有举足轻重的重要性。水文学家和气象学家认

3、为模拟水文气象要[1]素对于深刻理解流域尺度的水文循环和水资源管理至关重要。目前众多学者研制了许多水文模型,[2]用于研究未来气候变化对水文水资源的影响,如SLURP模型、HBV模型、Macro2PDM模型等。本文应用大尺度陆面水文模型———可变下渗能力模型VIC(VaiableInfiltraionCapacity)与区域气候变化影响研究模型PRECIS(ProvidingRegionalClimateforImpactsStudies)耦合,对气候变化情景下海河流域水资源的变化趋势进行预测。1VIC模型111　研究区概况　如图1所示,海河流域位

4、于华北地区。华北地区是我国政治、经济和文化的中心。华北平原2000年人口4137亿,占全国3418%;GDP3113万2亿元,占全国3213%;农业灌溉面积0123亿hm,占全国42%。但是,它也是我国水资源供需矛盾十分突出的地区。海河流域多年平均水资源总量约为419亿33m,人均水资源占有量仅为335m,不足全国的1/6,世[3]界的1/24。水资源的短缺不仅影响国民经济发展,而且还导致华北地区尤其是海河流域严重的生态环境问题,如图1　海河流域地理位置及河网水系山区来水大量减少,水资源量衰减严重,地下水过量[4]开采,部分地区已经枯竭,河道断流,

5、功能丧失,水污染严重等。[5]112　模型简介Liang等于1994年提出了具有两层土壤的VIC-2L模型。该模型考虑了大气-植被收稿日期:2004209220基金项目:国家自然科学基金项目(90411007)作者简介:袁飞(1979-),男,江苏南京人,博士生,主要从事水文学及水资源方面的研究。—274—©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.-土壤之间的物理交换过程,反映了土壤、植被、大气之间的水热状态变化和水热传输。该模型采用上层土壤表示土壤对降雨过程的动态

6、影响,采用下层土壤描述土壤含水量的季节特性。VIC-2L采用空[6,7]气动力学方法计算感热和潜热通量,应用概念性的ARNO基流模型模拟下层士壤产生的基流。为更好地描述表层士壤的动态变化,Liang又将VIC-2L上层分出一个011m的顶薄层,而成为3层,称为VIC[8][9]-3L。同时VIC-3L模型还考虑了三层土壤层间水分的扩散。之后,Liang和Xie发展了一种用来研究区域气候和通用环流模型GCM的新的地表径流参数化方法,它可以在一个计算单元网格内动态表示Horton和Dunne产流机制,同时考虑了土壤和降雨空间分布不均匀性对Horton和

7、Dunne产流的影响,并用于VIC-3L。本文采用VIC-3L模型在覆盖海河流域的0125°×0125°网格上进行径流模拟。VIC模型需要三类数据信息,即植被参数、土壤参数和大气强迫资料。本研究中,覆盖海河流域的植被、土壤和大气强迫资料均采用0125°×0125°分辨率。各数据集按后述方法准备。113　植被参数　本研究采用的植被分类资料是美国Maryland大学发展的UMD全球30sec土地覆盖数[10]据。对于每一种植被类型需要标定的参数有:结构阻抗、最小气孔阻抗、叶面指数、反照率、粗糙高度、零平面位移及根区在每一层土壤所占的比例,这些参数的确定

8、主要根据陆面数据同化系统LDAS(LandDataAssimilationSystem)。LDAS是美国国家航空和宇宙航行