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怒江上游流域位于青藏高原腹地,是典型的高寒气候区和气候变化敏感区。流域水分和能量循环关系密切,水循环过程具有复杂的相态变化特征。围绕气候变化下怒江上游流域水循环演变规律及其对气候变化响应研究,本文首先系统分析了流域气温和降水演变的非一致性;继而改进了典型水循环相态变化过程模拟方法,并分析了气候变化对典型相态要素的影响;在此基础上,研发了分布式水热耦合模型,并对其水循环进行了系统模拟校验和演变规律分析;最后,采用气候模式资料驱动模型,识别了流域未来水循环演变趋势。主要结论如下:(1)流域平均气温呈显著增加趋势,明显高于我国平均增温趋势,且极端气温空间分布差异性将更为显著;流域地温增加趋势较气温更为明显;流域整体降水量增加趋势并不显著,降水量变化率随海拔升高而增加。同时,流域内气象站点气温和降水(除嘉黎站外)演变均具有明显的时变性;但季风对气象站点气温和降水演变的影响具有显著的空间差异性。(2)基于气象站点降水相态和气温关系,构建了降雪识别指数方程,有效提高了降雪模拟精度,并以此改进水循环模型降水相态识别模块。气候变化影响下低温时降水概率增加促进了降雪量增加,但气温的显著升高使得降雪量减少,尤其在1980年以后。遥感反演积雪表明:流域近一半面积年均积雪日数超过50d。1979年以后气温的显著升高,使得积雪深度呈显著减小趋势。流域积雪量和积雪面积比例表现出较好的幂函数关系,且该幂函数参数与坡度具有较好的线性关系。本文以此为据改进了积雪融水模块中的积雪量和积雪面积比例关系。流域年最大冻土深度表现出显著减小趋势,并与负积温呈负相关性。随着海拔升高,年均最大冻土深度增加,其变化率却减小。(3)结合土壤水热耦合模拟方法,系统研发了高寒气候区分布式水热耦合模型,并基于站点和格点两种资料对怒江上游流域水循环进行了系统模拟和校验,结果表明:两种资料驱动下流域径流、土壤水热、冻土深度和地表积雪等水循环过程模拟结果均具有较好的可靠性,且站点资料的地表积雪模拟精度更高。站点资料的流域水循环模拟结果表明:流域年均径流量为233.46亿m3,其中融雪径流量39.71亿m3,冰川径流量11.88亿m3,分别占18.78%和5.09%。气候变化下气温升高导致冰川径流呈增加趋势(0.18亿m3/年);流域蒸散发增加,非冰川径流减少(-0.02亿m3/年),但总径流因冰川径流增加而呈增加趋势(0.16亿m3/年);流域降雪量减少是融雪径流减少的直接原因。流域冰川径流和总径流年内分配基本一致,均在汛期(6-9月)最大;融雪径流年内分布呈双峰特征,峰值出现在5月和9月。(4)对ISI-MIP提供的5套气候模式结果进行了系统评价和优选,并分析了流域气温和降水的未来演变规律,结果表明:RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下流域未来气温增加趋势分别为0.14。C/10a、0.41℃/10a和0.45℃/10a,未来降水变化趋势分别为8.34mm/10a、3.28mm/10a和-4.23mm/10a。气候情景下流域未来水循环演变结果表明:RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下总径流量减少趋势分别为0.14亿m3/a、0.16亿m3/a和0.60亿m3/a;融雪径流减少趋势分别为0.24亿m3/a、0.33亿m3/a和0.28亿m3/a;冰川径流增加趋势分别为0.04亿m3/a、0.06亿m3/a和0.09亿m3/a,到2050年流域冰川储冰量仅为323-331亿m3(冰川面积为712-724km2)。