基于CMIP6气候模式的黄河源区径流模拟与分析

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气候变化对流域径流演变起到重要作用,黄河源区地处气候变化的敏感区域,也是黄河流域的主要产水区。因此,黄河源区气候以及径流量的变化,对整个黄河流域水资源的未来规划以及沿河城市的发展都有着十分重要的现实意义。论文取得以下研究结果:(1)利用数字高程模型、土壤、土地利用、以及源区十个实测气象站2011-2019年的数据建立SWAT模型,评价了其在唐乃亥、玛曲、军功三站处的径流模拟情况,结果表明SWAT模型在黄河源区的径流模拟适用性好。对世界气候研究计划(WCRP)组织实施的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的BCC-CSM2-MR模式降水、气温数据采用4种降水修正、3种气温修正方法进行修正,输出12修正组合并驱动率定好的SWAT模型,评估2011-2019年唐乃亥、军功、玛曲三站的模拟径流,确定出黄河源区BCC-CSM2-MR模式数据的最佳修正方式,结果表明,LS-DM(降水采取线性修正,气温采用分布修正方式)修正效果最佳。(2)对2021-2100年的SSP1-2.6、2-4.5、3-7.0、5-8.5四种情景下的BCC-CSM2-MR日降水、最大、最小气温数据采用LS-DM修正。结果显示,未来所有情景下,流域内降水将会上升,且SSP1-2.6、2-4.5、3-7.0、5-8.5四种情景的多年平均降水增量依次上升;各情景最大、最小气温都有不同程度的上升,表明流域将变暖,其中SSP3-7.0情景下流域整体气温最高。(3)使用2021-2100年经LS-DM修正后的降雨气温数据驱动SWAT模拟进行了年径流模拟,并使用MK检验与滑动T检验共同对模拟的径流量进行了突变检测。结果显示,在SSP1-2.6、SSP2-4.5情景下,2042和2069年存在径流突变;SSP3-7.0情景下,在2048、2081年出现突变点;SSP5-8.5情景下不存在显著性突变年份。SSP3-7.0情景下变异系数最大,未来径流的整体趋势波动大,最不利于黄河中下游水资源的多年合理利用。(4)年径流极值分析结果显示,SSP1-2.6情景下2074年左右将出现1037.4 m~3/s的年径流最大值,该值也为2021-2100四种情景模拟下可能出现的最大值。不同情景下最大和最小年径流出现的年份存在明显差异,但四种情景下2021-2100年间的年径流最大值与最小值均发生在2060年至2080年之间。年均径流分析显示,仅代表高度使用化石能源和8.5W/m~2高辐射强迫的SSP5-8.5情景,显示其模拟的多年年均径流量会高于当前,其他三种情景下未来径流量可能减少。(5)月径流极值分析结果显示,SSP5-8.5情景预测2092年8月2582m~3/s的径流,极可能是目前到2100年为止的最大月径流量。SSP1-2.6和SSP 3-7.0情景下,最小月径流量分别为52和60.2 m~3/s,均出现在2073年3月。SSP2-4.5和SSP5-8.5情景的最小月平均径流量分别为2064年3月的54.4 m~3/s和2064年2月的62.63 m~3/s。未来气候变化条件下,秋冬季节的径流都会有相应的提升,而春夏季节的径流量会有一个小幅度的下降,年内过程线有坦化趋势。研究可为黄河未来的水资源合理规划提供参考。
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