水保所知识产出(1956---)知识库

气候变化是影响水资源、土壤侵蚀和作物产量变化的重要因素，通过建立未来气候变化情景，对其可能带来的影响进行评估，可以为区域可持续发展和宏观决策提供依据。本文以黄土高塬沟壑区的黑河流域（泾河支流）为研究区域，使用4种GCMs（CCSR/NIES，CGCM2，CSIRO和HadCM3）各3种排放情景（A2、B2和GGa1），从坡面（流域内CERN长武站的两个坡地农田）和流域（黑河流域）两个空间尺度建立了2010～2039年的气候变化情景；使用WEPP在坡面尺度和SWAT在流域尺度上评估了气候变化对水资源、土壤侵蚀和作物产量的潜在影响；最后探讨了减缓气候变化不利影响的适应性对策。论文主要得到了如下结论： 
1）解集GCMs输出是非常必要的。由于气候模式的不确定性，各GCMs的网格输出都不能很好地反映研究区域或站点的气候。GCMs的网格数据不仅在数量上与实测数据有差距，而且在分布上也具有不同的趋势，说明GCMs网格数据不能直接应用到研究区域进行影响评估，需要进行空间解集。
2）两种解集方法预测的气候变化有所差距，但结果都表明研究区域未来气候将发生显著变化。空间显示方法预测长武县2010～2039年年均降水可能变化-2.6～17.4％，12种情景（4种气候模式×3种排放情景）中有8种情景预测降水增长2.9～17.4％；降水方差增大，表明暴雨次数将增加；年均最高和最低温度分别升高0.6～2.6℃和0.6～1.7℃。空间隐式方法预测黑河流域年均降水可能变化-2.3～7.8％，12种情景中有9种情景表明降水增长0.7～7.8％；年均最高和最低温度分别升高0.7～2.2 ℃和1.2～2.8 ℃，最低温度的升高更为明显，表明日较差可能会进一步减小。两个结果略有差异，一方面是由于空间尺度（单站点与流域）的原因，另一方面是由于解集方法造成的，据有关研究，空间显示方法得到的结果往往变异性更大，但更符合实际。
3）WEPP模型在5°和10°坡地以及SWAT模型在黑河流域有很好的适用性。WEPP对径流的模拟效果好于对侵蚀的模拟，对裸露地的模拟结果要略优于对有农作物和草地覆盖条件下的模拟结果；天气发生器CLIGEN在模拟降水量、最高和最低温度方面精度较高，产生的降水要素、风速、辐射、极端气候事件、温度变化范围以及气象要素的相关性等都不同程度地存在误差，但是通过校准都可以达到满意的效果；SWAT在黄土塬区具有很好的适用性，校准期和验证期内模拟年径流的模型效率系数都在0.86以上，线性回归系数都在0.82以上。
4）气候变化对坡地农田和流域的水资源等都带来了显著的影响，表明研究区域的水土管理措施需要改变。坡面尺度上，WEPP模拟的2010～2039年传统耕作下，较1957～2005年，径流增长10.1～130.4%，土壤侵蚀变化-5.4～194.5%；小麦和玉米产量分别变化-17.2～24.7%和-2.0～38.7%，植物蒸腾和土壤蒸发分别变化-7.9～12.8%和-13.5～18.3，1.8m剖面的土壤含水量变化-5.8～9.4%。24种情景（4种气候模式×3种排放情景×2个坡地）中有21种情景预测侵蚀增加1.6～194.5％，14种情景的小麦减产-17.2～-0.3％，22种情景的玉米产量增加3.9～38.7％；14种情景下，植物蒸腾减少-7.9～-0.5，土壤蒸发增加0.2～18.3％，土壤含水量增加0.4～9.4％。
流域尺度上，较1972～2001年的气候和2000年的土地利用，SWAT模拟的年均径流可能变化-17.3～27.9％，枯水期径流普遍减少；1.2m剖面的土壤水分可能变化-2.0～4.6％，蒸散普遍增长2.4～4.6％。12种情景（4种气候模式×3种排放情景）中，有7种情景预测径流减少-17.3～-0.1％，有9种情景预测土壤水分含量增高0.7～4.6％。
5）必要的适应性对策可以减缓气候变化的不利影响。坡面尺度上，采用保护性耕作，可以有效地减少径流和侵蚀。较1957～2005年的传统耕作，2010～2039年坡地农田径流变化-34.2～71.0％，土壤侵蚀大量减少-76.5～-25.8％；预测的小麦和玉米产量以及植物蒸腾、土壤蒸发和土壤水分受耕作系统的影响较小。流域尺度上，调整土地利用结构，可以有效调控水资源状况。按照1985～2000年土地利用变化趋势正推生成的2015年土地利用情景，将导致径流变化-18.7～25.7％、土壤水分含量变化-3.4～3.0％以及增加蒸散3.6～6.4％；按照与1985～2000年相反的土地利用变化趋势生成的2015年土地利用情景，会使径流变化-12.2～36.0％、土壤水分含量增加4.3～11.2％，减少蒸散-3.4～-0.8％。
6）气候变化影响评估存在不确定性，主要来源于三个方面：气候模式、解集方法和评估模型。由于这些不确定性的存在，进行影响评估时需要做好如下几个方面：GCMs适用性评估，优选解集方法，农业水文等模型的评估、校准和优选，这是本研究需要进一步完善的部分，也是类似研究需要注意的重点。

关键词：气候变化影响评估 黄土高塬沟壑区 水资源 全球环流模式 SWAT WEPP 天气发生器