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1、水 利 學 報2005年3月SHUILIXUEBAO第36卷 第3期文章編號:055929350(2005)0320274206氣候變化對海河流域水文特性的影響1211袁飛,謝正輝,任立良,黃瓊(11河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室,江蘇南京 210098;21中國科學院大氣物理研究所,北京 100029)摘要:本文應用大尺度陸面水文模型———可變下滲能力模型VIC(VariableInfiltrationCapacity)與區(qū)域氣候變化影響研究模型PRECIS(ProvidingRegionalClimateforImpact
2、sStudies)耦合,對氣候變化情景下海河流域水資源的變化趨勢進行預測。結果表明:未來氣候情景下,即使海河流域降水量增加,年平均徑流量仍將可能減少,預示海河流域的水資源將十分短缺;若考慮21世紀人口增長因素,海河流域的水資源形勢將更加嚴峻;未來氣候情景下,汛期的徑流量增加,說明海河流域發(fā)生洪水的可能性將增大。關鍵詞:VIC模型;氣候變化;區(qū)域氣候模型:徑流中圖分類號:P333文獻標識碼:A氣候變化不僅影響著水文、生物和生態(tài)系統(tǒng),還影響著經濟、生活,因此未來氣候變化引起的效應對地區(qū)、國家甚至全球的可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的重要性。水文學家和氣象學家認
3、為模擬水文氣象要[1]素對于深刻理解流域尺度的水文循環(huán)和水資源管理至關重要。目前眾多學者研制了許多水文模型,[2]用于研究未來氣候變化對水文水資源的影響,如SLURP模型、HBV模型、Macro2PDM模型等。本文應用大尺度陸面水文模型———可變下滲能力模型VIC(VaiableInfiltraionCapacity)與區(qū)域氣候變化影響研究模型PRECIS(ProvidingRegionalClimateforImpactsStudies)耦合,對氣候變化情景下海河流域水資源的變化趨勢進行預測。1VIC模型111 研究區(qū)概況 如圖1所示,海河流域位
4、于華北地區(qū)。華北地區(qū)是我國政治、經濟和文化的中心。華北平原2000年人口4137億,占全國3418%;GDP3113萬2億元,占全國3213%;農業(yè)灌溉面積0123億hm,占全國42%。但是,它也是我國水資源供需矛盾十分突出的地區(qū)。海河流域多年平均水資源總量約為419億33m,人均水資源占有量僅為335m,不足全國的1/6,世[3]界的1/24。水資源的短缺不僅影響國民經濟發(fā)展,而且還導致華北地區(qū)尤其是海河流域嚴重的生態(tài)環(huán)境問題,如圖1 海河流域地理位置及河網水系山區(qū)來水大量減少,水資源量衰減嚴重,地下水過量[4]開采,部分地區(qū)已經枯竭,河道斷流,
5、功能喪失,水污染嚴重等。[5]112 模型簡介Liang等于1994年提出了具有兩層土壤的VIC-2L模型。該模型考慮了大氣-植被收稿日期:2004209220基金項目:國家自然科學基金項目(90411007)作者簡介:袁飛(1979-),男,江蘇南京人,博士生,主要從事水文學及水資源方面的研究。—274—?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.-土壤之間的物理交換過程,反映了土壤、植被、大氣之間的水熱狀態(tài)變化和水熱傳輸。該模型采用上層土壤表示土壤對降雨過程的動態(tài)
6、影響,采用下層土壤描述土壤含水量的季節(jié)特性。VIC-2L采用空[6,7]氣動力學方法計算感熱和潛熱通量,應用概念性的ARNO基流模型模擬下層士壤產生的基流。為更好地描述表層士壤的動態(tài)變化,Liang又將VIC-2L上層分出一個011m的頂薄層,而成為3層,稱為VIC[8][9]-3L。同時VIC-3L模型還考慮了三層土壤層間水分的擴散。之后,Liang和Xie發(fā)展了一種用來研究區(qū)域氣候和通用環(huán)流模型GCM的新的地表徑流參數化方法,它可以在一個計算單元網格內動態(tài)表示Horton和Dunne產流機制,同時考慮了土壤和降雨空間分布不均勻性對Horton和
7、Dunne產流的影響,并用于VIC-3L。本文采用VIC-3L模型在覆蓋海河流域的0125°×0125°網格上進行徑流模擬。VIC模型需要三類數據信息,即植被參數、土壤參數和大氣強迫資料。本研究中,覆蓋海河流域的植被、土壤和大氣強迫資料均采用0125°×0125°分辨率。各數據集按后述方法準備。113 植被參數 本研究采用的植被分類資料是美國Maryland大學發(fā)展的UMD全球30sec土地覆蓋數[10]據。對于每一種植被類型需要標定的參數有:結構阻抗、最小氣孔阻抗、葉面指數、反照率、粗糙高度、零平面位移及根區(qū)在每一層土壤所占的比例,這些參數的確定
8、主要根據陸面數據同化系統(tǒng)LDAS(LandDataAssimilationSystem)。LDAS是美國國家航空和宇宙航行
