变化条件下的水资源研究综述

暖干化趋势。人类对气候变化，特别是气候变暖所导致的气象灾害的适应能力相当弱，大 多数科学家断言气候变亿是人类面临的一种巨大环境风险。 气候对水循环的影响有直接和间接两种影响。直接影响主要来自大气环流变化引起的
降水时空分布、强度和总量的变化、雨带的迁移以及气温、空气瀑度、风速的变化等。间
接影响主要来自陆面过程、地表反照率、粗糙度及界面永汽交换乃至土壤水热特性的变 化，这些既响应气候又影响气候的下垫面因素，日ｌ发了不弱时空尺度的降农、土壤东、蒸
２。２。２本文模鹫＋增量情景 选定水文基准系鳓（如１９６１～１９９０年）并率定水文模型，用假定的增量情景或多个
ＧＣＭｓ情景豹综合结果，对基准系列的温度、降水、辐射、风速等值进行修正，输入水文
模型后，得到气候均值变化后的径流变化。这种用增量情景修正典型年资料的思路是近年 来使用较多的一种方法。 这类研究可以看作是传统的米文模型的应舟实债。纵此为依托，泥沙、供霞水等方面 的研究也得到了发展。但同时也要看到，这类方法只考虑了气候突变时的情景，缺乏气候 缓慢变化过程中的水资源信息。 ２．２．３气一陆堆向连接
第二部分全球变化与人类活动影响分析 的模拟。
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气一陆耦合研究目前存在三个问题。第一个问题是网格内的不均匀性，包括地表（土
壤、植物、地貌、土地利用等）和降水两个方面。地表性质的不均匀性结合降水分布的不
均，使问题更加复杂。许多学者为解决网格内土壤～植被不均匀性的影响，提出和建立了
相应的地袁过程参数化方案，但尚缺乏一个带有普遍意义的理论框架”“。第二个问题是 水文过程的空间不均匀性，可归纳为：静态的不均匀性，即水流介质特性和边界条件的统 计变化服从相同的概率分布函数；动态非均匀性，水流参数和边界条件的概率分布函数随 空间变化而变化。这一问题目前在斑块尺度上取得了一定进展，如果能将该尺度下的面平
产生反馈作用。植被对于气候的反馈可能加快或减缓全球气候的变化，对其深入细致的研 究将提高我们预测全球变化及其对植被影响的能力。 森林是植被中对气候影响最大的成分，关于森林与气候相互作用的研究很有代表性， 主要包括森林与区域蟾四承转化、硒部水量平衡磷究以及森椿对局部能量平衡影响研究三 个方爵。 ＬＵＣＣ与气候研究呈现出以下趋势：①各类定量模型正在逐步融合；②逐渐考虑了植 物或穗被响应滞时问题；③植物对予气候变化的匾馈效应逐步被纳入模型体系中；④在区
理论上说，ＧＣＭ估计的水文变量的变化能直接用于估诗水资源的变化。但ＧＣＭ模 拟的承文要素有两个主要的局隈性ｏ…：一是水文参数让很筒单，常常不隧提供详细的对 水资源管理盛需的信息；二是空间分辨率太粗，不能提供水文学方面关心的典型尺度上的 水文信息。第一个问题催生了气一陆单向连接的思路，即把ＧＣＭｓ的计算结果（如降水、
粗略地估算。一些学者利用区域水平的模型较谨慎地报道了森林开采可能会因改变反照率 而影响全球温度ｏ－。目蓠研究的热点集中在大蕊积热带森林砍伐造成的影响。 ＬＵＣＣ通过改变地球上太阳能的分配方式面影响局地和区域气候，植被是士地覆被的
主要类型之一，在受到全球变化影噙的同时氇通过其反射率、气漱及降水等的变化对气候
２气候变化与水资源
气候柏变化包括自然波动帮人为影晌两个方蕊。气候的自然波动至少包含三种不同的 周期：①数千年至万年以上时问尺度的古气候变化；②数十年至数百年时间尺度的气候变 化；③季节至年际的气候波动。
气候除了自然的周期性波动以外，越来越多地受到人为因素的影响，其中最鼗著的是
全球大气佬学组成的改变，主要是臭氧耗减和温室气体的增加。人类活动是导致过去１００
气温）输入到更详细的区域水文模型，用水文模型的产宁［流计算结果来评估气候变亿对水 文、水资源的影响。第二个闻题的解央依赣于空闯尺度的转欹，即褥ＧＣＭｓ的输出结果 进行一定的加工处理以获得次潮格气候要素的变化信息，具体方法包括：①各种内插方 法，简单但是很难获得客观、合理的次网格气候要素值““，因为小尺度的气候要素（比 如降雨）主要由地形、小尺度降雨过程等原因所决定；②将局部地区气象要素观测值与大 尺度网格点Ｅ相应豹气象要素值之闯建立躏归方程，然后由回归方程求取次网格尺疫的气 候要素信息，此方法需要假定区域和局部地区尺度气候之阔的关系保持不变；③将较高分 辨率的中／ｄ，尺度模式嵌入到ＧＣＭｓ中，但是目前的区域气候模式对降水模拟、预测的准 确率还不高，局部地区的模拟还存在着系统误差［１“。上述方法也可以综台使用。 ＧＣＭ与水文模型各自对水量平衡及热量平衡进行演算，出于对陆蟊参数的处理和取 菹不同，它们对水虽平衡及热量平衡描写得不一致。另外，因为不能共享对边界层物理过 程模拟的结果，水文模型既不能实时地利用大气强迫改进土壤水和蒸发的计算以提高其模 拟精度，ＧＣＭ模型也不能借鉴水文模拟的结果并用实测径流资料实时地验证基对陆面过
２．２研究方法 有学者直接把气候模式输出的径流结果来研究承资源情势，或通过于早指数、径流系
数分析等方法进行水资源评估，永文学者更多跳通过承文模型来计算出永资源情景。具拣 的研究方法大致分为以下四种。 ２．２＋ｌ敏感性分柝 气候因子（主要是气温、降水）与水资源（主要是径瀛）之闻逐年或逐月的关系，很
容易扶实测资料中遵过回赔分析得裂。把拟定的增量情景带入分析结果就可以得到径流对
其实质是分析数千年至万年以ｔ时间足度的气候数据，但是蕊以反映近期人类活动对 自然变化越来越大的干扰，再加上难以获得长度足够而且可倍的资料，所以很少被水文学 者使用。 ２．１．２惯性情景
这种方法着羹考察数十年至数百年时阔尺度的气候变化，将实测资料各要素之间豹关 系进行外延，该方法忽略了蜜测资料中气候的不同周期及其组台，考虑到当前垒球气候变
程的模拟精度，从而影响对ＧｃＭ模型的进一步改进。 ２．２．４气一羯耦台 气一陆模型鹚合是近年才开展的边缘学科和交叉学科，也是气象和承文科学发展的前 沿研究课题。其主簧思路是在气候模型的基础上，通过陆地表面过程参数化给气候模型提
供更恰当的大气底层边界条件。陆面过程很可能是今后提高模式模拟能力最重要的方面之 一。”。国际国内均有研究成功的报道，但是许多重要的与水分循环有关的物理过程（水 分锤环与输送、土壤永扩散、大怒度降水的非均匀性等＞的简化和概化，影响了癌面气候
地球环境各个系统之间发生着大尺度的相互作用，“全球变化”是概述地球环境中与 自然的和人类引起的变化有关的一系列全球问题和相互作用的一个术语。 全球变化突出地表现在气候变化上，随着几百年来最热天气的出现，这一问题开始成 为国际政治和外交议题。垒球气候系统非常复杂，影响气候变化因素非常多，驱动全珠变 他的最终能源跫太阳能，能量和水以各种方式贯穿于整个体系。 在众多的全球变化问题中，土地利用／覆被变化（Ｌａｎｄ Ｕｓｅ／Ｃｏｖｅｒ
第二部分奎球变化与人类活动影响分椅
发及地表水和地下水的变化。
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２．１气候情景 已经发生的气候变化可以通过观测和重建的资料获得，但人们更关注未来可能发生的
气候变化。荧于未来气候变化对水文、水资源影响的研究，气候情景的选择是先决条件，
各静不同的情景梅成了可供选撵的未来世募的发展蓝匿。气候情景大致可分为列类。 ２．１。１类比情景
年中全球气候变化的最重要因索，人为引起的变化已经可班与自然变化区分开来，而且人
为影响的结果已夫子过去１０００年的气候自然变化的结果。近１０年来，虽然温室气体的增 温效应及幅度大小具有很大的不确定性，存在着诸多分歧“Ｊ，但在全球变暖的大背景下，
近１００年来中国的气攘也在交暖，以西北、华北、东北变暖最明显，尤其华北地嚣出现了
＊
基金硬目：圃家重点基础醋究发展栏剜疆且（Ｇ１９９０４３４００）。
作者筒舟：王翱虎（１９７５一），男，扛苏连云港人ｔ河缚大学博士研究生，主要从事承文永资源研究
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水与社会经济发展的相置彰响及诈用
影噼…。
±她覆被变化日｜起的微气候变化是很清楚的，城市的热岛效应是居民地扩展对局地气
候影响的最好例证。研究表髓，一个地区ＬＵＣＣ还会对毗邻地区的气候产生影响，对区 域气候乃至全球变化影响的论断却存在很多争论“３。土地覆被变化对气候麴影响秘前只能
１气候变化与ＬＵＣＣ
许多研究已表明，ＬＵＣＣ改变了区域大气化学性质及过程”Ｊ，人类以不同的土地利用 方式。通过对局地生态系统的强烈影响，改变了温室气体的全球收支平衡。关于全球变化 对瞌地生态系统的影响已经进行了大量的研究，大部分集中予湿度增高和二＝氧亿碳倍增情 景下有关下列问题的变化模拟上：①植物生长状态及生物量；②种群的构成成分及动态； ③群落的结构、功能和空间构璎；④ＮＰＰ及植被分布范围和界线。但是有关陆地生态对 于全球变化的反馈作用的研究甚少，目前的研究大多局限于虚拟的植被变化对气候的
２。１。４
ＧＣＭｓ情景
Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ
指通用环流模型（Ｇｅｎｅｒａｌ
Ｍｏｄｅｌｓ：ＧＣＭｓ）模拟的全球来来豹气候变化
情况，褒有的ＧＣＭｓ对一些重要的物理遵程弱处理还相当粗糙，由于遗球气候系统的复 杂性和缺乏可靠的资料，目前所有ＧＣＭ模型的可信度还有待提高。对于水文水资源学科 来讲：①ＧＣＭ只能提供大尺度范围的结果，无法满足水文分析汁算和水资源规划设计的 要求；②ＧＣＭ模攫中的水文和陆地表面过程参数的定量过分简单，也没有考虑这些因子 对大气系统的反馈｛＃用，苇圃ＧＣＭ模型得出的结果差异甚犬，可信度低ｏ。。 目前，对未来气候变化的预测具有相当的困难和不确定性。在这种情况下，关于哪一 个情景是最好的，问题仍然得不到答案。既不能因ＧＣＭｓ目前的结果甚至还不能准确地 模拟当前的平均气镁状况就否定应用ＧＣＭｓ的输出结果，也不能因为假定方法的局限性 薅削弱用各种假定的气候情景进行水文敏感性分梃的价筐。在目前的气候变化与永资源研 究当中，以增量情景和ＧＣＭｓ情最应用得最多。
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水与社会经济发展的相五影响及作用
气候各因子的敏感性。很多学者使用这一方法来研究径流与气候变化的关系。众多的研究 表明，冰川及融雪径流对气温增加最为敏感，其短期效果可能略有益处，但长期效果是弊 多乖ｊ少‘“。 敏感性分析是气候变化与水资源关系研究方法中简洁而成熟的一个，包括利用水文模
型进行情景预测、气候模式等很多更进一步的研究，大多以敏感性分析作为定性的基础。
域景观尺度上的建模ｇｌ起广泛关注；⑤对空间分布格局的演化更加重视。
需要指出的是，尺度的转换同样是铡约ｌ。ＵｃＣ与气候关系研究问题之～。另一个困 难是将引起植物及其复合体变化的生物因子和气候因子分离开来，特别是剔除人类活动对 于系统的影响凡乎不可能。在这种情况下，对从环境因子与植物关系人手的建模形式需要 采取审慎的态度。
Ｃｈａｎｇｅ＃ＬＵＣＣ）
研究也十分重要。首先，ＬＵＣＣ是引起其他全球变化问题的主要原因；其次，全球环境变
化以及可持续发展涉及到鑫然和人文多方面的问题，ＬＵＣＣ是自然与人文过程交叉最为密
切的问题。水资源方露的研究裘明“ｊ：在较长时闽尺度上，气候变化的影响明显，但在短 期内，土地利用变化是水文变化的主要驱动要索之一。
第二部分全球变化与人类活动影响分析
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变化条件下的水资源研究综述”
王加虎郝振纯李丽
（河海大学术资源开发教育器重点实验室南京２１００９８）
摘要套球变化给水资源研究提出了新的挑战，气候变化和土地利用／覆被变 化是其中的两项重要内容。本文概述了土地覆被与气候之间的相互作用和研究进 展；比较了研究气候变化下永资源的疆种币同粪型的气候情景；详细舟绍了气候 变化与永资源研究的四种币碗的方法和默厦径流、水量、水质、极端事件等方面 的相关成果；详细舟绍了ＬＵＣＣ与水循环机理、洪水、水量、水质的相关研究； 总结了研究变化条件的水文模型和存在的问题；讨论了来来的研究趋势。 关键词水资源 气候变亿土地利用／覆被变化
暖的最直接背景事件是现代小冰期事件．所以这一方法很可能放大未来气候恶化的程度。 ２．１．３增量情景 即假定到来来菜一特定时期气候要素（温度、降农等）的变化量，敬这些假定及其交 叉组合为依据来分析探讨流域水文、永资源对气候变化的响应，该方法被许多水文学者使 用，但它只是一种敏感性试验，不具有气候、水文预测功能口Ｊ。