气候变暖改变了水循环的时空变化过程,导致陆地降雨时空分布不均,进一步加剧了极端水文事件发生的概率与强度。随着经济的发展,我国因洪涝灾害导致的经济损失有逐年上升的趋势,20世纪90年代以来,全国年均洪涝灾害损失达1100多亿元,相当于同期GDP的1%~2%。基于洪涝灾害所产生的严重影响,全球变暖的背景下极端洪水事件发生的频率、强度等如何变化,是近年来气候变化研究中普遍关注的问题。研究气候变化下未来极端洪涝事件的趋势及强度变化,可以在理论上完善气候变化影响的评价体系和方法,对指导防灾减灾的决策等方面具有重要意义。本文以中国南方洪涝灾害高风险区北江流域内的重要大型水库(飞来峡水库)和典型重大城市(广州)为研究对象,深入开展气候变化对重点水利工程和城市防洪的影响研究,主要研究工作和结论如下:(1)从气候变化检测、监测和指标专家组(ETCCDMI)定义的气候指标中,筛选出符合飞来峡水库上游(简称飞来峡流域)气候特点的极端气候指标体系,基于Mann-Kendall(M-K)趋势检验方法提出了该流域极端气候指标趋势稳定性的判别条件,系统深入地分析了流域1969~2011年极端气候事件趋势的时空变化规律。结果表明,在过去的43年里流域极端低温事件显著减少,高温极值事件显著增加,流域呈现出较稳定的变暖趋势,极端强降水事件呈现出弱的不稳定的上升趋势。(2)基于长系列的水文气象观测资料,揭示了飞来峡流域暴雨洪水的变化规律以及气候变化和人类活动对流域洪水的影响。研究结果显示,在过去的43年里(1969~2011年)流域内极端强降雨和洪水强度总体上呈现出弱的上升趋势,无显著的突变现象。汛期4月、5月和8月的降雨和洪水呈下降趋势,6~7月呈上升趋势。总体上看,降雨仍然是影响极端洪水变化的主要因素,但人类活动已逐渐对洪峰流量变化产生影响。(3)提出了气候变化对流域洪水风险影响的评价方法和计算途径。基于VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型和Dag Lohmann汇流模型构建了飞来峡流域的区域水循环洪水模型,在统计降尺度的基础上,利用8种不同的气候模式数据预估了未来时期(2020~2050)4种排放情景下(A1B、RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)飞来峡流域气温和极端降水变化,通过与大尺度VIC水文模型耦合,预估了未来时期飞来峡水库极端入库洪水的趋势和强度变化。结果表明,基于VIC构建的区域水循环洪水模型在飞来峡流域具有较高的模拟精度。未来时期(2020~2050)飞来峡流域各月份均呈现出继续变暖的态势,极端降雨呈上升态势,年最大径流深趋势的预测存在较大的不确定性,气候模式与排放情景是主要的不确定性来源。与历史时期(1970~2000)相比,未来时期(2020~2050)不同情景下飞来峡流域年最大日流量和年最大3d、7d和15d洪量均表现出以上升为主要特征的变化,但不同模式的预估结果相差较大。总体来看,极端入库洪水的强度和频率增加的可能性较大,水库防洪形势将变得更加严峻。(4)基于观测站点资料揭示了广州市极端强降雨、气温以及沿海相对海平面的历史变化特征,利用8种不同的气候模式数据集预估了未来时期(2020~2050)不同排放情景下广州市气温和极端降雨变化,并结合半经验海平面预测模型预估了未来时期广东沿海相对海平面变化。研究结果显示,过去几十年广州市城区气温呈显著上升趋势,城区短历时暴雨和暴雨频次也均有不同程度的上升趋势,广东沿海相对海平面呈显著上升趋势;2020~2050年广州市城区气温和强降雨将继续呈现出上升态势,沿海相对海平面也将继续上升,且排放情景越高,上升幅度越大。(5)提出了气候变化情景下广州市城区内涝风险概率模型。基于8种不同的气候模式数据集,利用Copula函数构建了历史与未来时期广州市城区雨潮遭遇风险概率模型,分析了未来时期不同排放情景下雨潮遭遇风险概率的变化趋势。结果表明,与历史时期(1970~2000)相比,未来时期(2020~2050)所有排放情景下强降雨与高潮位遭遇的风险概率均呈现出不同程度的上升趋势,暴雨与高潮位遭遇的概率增大,将会增加广州市城市防洪工作的难度。