太湖流域气候变化及其对降水径流影响

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地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化,而全球气候变暖及其对人类社会造成的可能影响已成为当前学术界关注的热点问题。以江苏的苏锡常地区、浙江的杭嘉湖地区为两翼的太湖流域,是我国社会经济最为发达和经济发展最快的地区之一。但是太湖流域正面临着严重的水资源与水环境问题,流域洪水调蓄及排泄能力严重不足,防洪标准偏低,这些因素将严重影响太湖流域社会经济与生态环境的可持续发展,这也与当前我国实行科学的社会发展观这一理论相违被。因此研究太湖流域在当前全球变暖的气候变化背景下区域气候变化趋势及对降水的影响,研究洪涝灾害发生规律以及未来该区气候变化的水文响应等问题,已成为当前太湖流域社会经济可持续发展以及水环境安全的当务之急。 本文选用上海、杭州、吴县东山、溧阳和常州5个测站的资料,它们分布在湖区四周,且有较长的观察资料,因而具有一定的代表性。所用资料序列时段为1952-2003年的气温、降水日资料,运用Mann-Kendall趋势分析对太湖流域5个站历年年均温、年降水量、四季均温、四季降水量以及气温与降水极值等时间序列做了趋势分析。运用小波分析的方法研究了过去100多年来太湖流域旱涝灾害发生规律,并对未来的趋势进行了简单预测。为了更好的理解未来气候不同变化情景下太湖流域水文变化特征,本研究中采用有关水文站的观测数据:包括桥东村和青山水库站的日降水量、日蒸发量和日径流量。将日资料转换为月资料后用于用NOPEX月平衡水文模型模拟。蒸发量是用E-60型的蒸发器测量观测值。在模拟的过程中,假定降水减少/增加10%与20%以及蒸发增加/减少10%与20%等气候变化情景,分别对桥东村站与青山水库站流量变化进行水文模拟。 在以上数据基础以及研究方法的基础上,得出以下几点认识: 1)近半个世纪以来太湖流域气候变化的主要特征是变暖,尤其是90年以来气温显著上升,而且在90年代初期年平均气温发生突变,由偏冷向偏暖的的趋势转变进入了一个相对偏暖的气候态,这与全国及全球性的气候变暖相一致;四季气温变化对年均温变化的贡献不同,表现为气候变暖主要是由于冬半年变暖所致;极端气温的变化表现为年最低气温变暖速度远比年最高气温快,日较差缩小。 2)近半个世纪以来整个太湖流域的降水量变化趋势不明显,仍处于自然振动的变化范围之内,并没有明显突变;就区域年降水量的空间特征而言,近50多年来年降水呈现出由沿海减少为主到内陆增加为主的分布格局;四季降水趋势与年降水量的变化趋势类似,变化不明显;就极端降水而言,该区年平均降水强度增加,年降水日数减少,洪旱灾害发生的可能性增大。 3)历史旱涝等级序列的小波分析结果表明:从历史旱涝变化的长期趋势来看,太湖流域大尺度的洪涝灾害的发生周期有缩短的趋势;而近一百多年来该区的旱涝指数的变化表现出多时间尺度的特征,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化,而且25年至50年和12年至25年尺度的周边变化具有全域性;旱涝指数的变化周期具有局部化的特征;另外根据小波方差的检验结果,在近100多年中35年左右的周期震荡最强,为主要周期,据此预计旱涝指数到2015年前后仍将保持变干的趋势。 4)降水变化带来的径流变化明显大于蒸发量变化引起的径流变化,即径流对降水变化的响应敏感,对蒸发能力的变化响应相对较弱;降水变化对实际蒸发量的影响主要表现在降水丰富的季节;降水变化引起的径流变化幅度要比降水变化引起的实际蒸发量变化幅度大。 本文采用了气候学、水文学、水文统计学和地理学等多学科交叉的理论与方法,并借用NOPEX模型进行未来情景预测,对该地区近50多年来的主要气候变化特点以及洪涝干旱等气象灾害的变化规律、未来该区气候变化的水文响应作了定性及定量研究与分析,为深入分析该地区近代的环境变化打下了基础,对本区的经济发展和防灾减灾具有重要的现实意义,并为未来的气候趋势和径流趋势预测以及当地水利规划与防灾减灾措施的制定与实施提供理论基础与科学依据。
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