基于CMIP6的澜沧江流域水-能源-粮食关系链研究

Hydropower development is one of the effective measures to control carbon emissions. China will be devoted to accelerate the development of safe and efficient energy in the upcoming decades, for the sake of a modern energy system. However, the hydroelectric largely relies on the temporal and spatial distribution of runoff, being influenced by climate change accordingly. Therefore, assessment of climate change and implication for management and planning of the water-energy-food nexus (WEF) still remain a challenge for us. This study will first assess the impact of climate change on the runoff process of the Lancang River basin, based on the latest simulation result of climate change - CMIP6. Next, through an advanced technique of dynamic downscaling, we will focus on the streamflow forecasting using distributed hydrological models with a fine spatial resolution. Last, we will apply Model Predictive Control to integrated water management and risked-based Adaptive Planning to long-term planning of the basin. In doing so, we aim to promote the sustainable development of the WEF with respect to the study area.

水电能源的开发利用是控制碳排放的有效措施之一。我国将进一步加快建设清洁低碳、安全高效现代能源体系，然而水电开发势必影响到流域的水资源安全和可持续发展，特别是对备受关注的国际河流水电开发尤为明显。在未来全球气候变化背景下，径流时空变异将显著影响水力发电效益。如何客观、定量评估未来气候变化，并将结果应用于水-能源-粮食关系链的管理和规划，是一个极具挑战性的科学问题。本项目选择水电开发显著的澜沧江流域为研究对象，评估CMIP6最新的全球气候变化模拟结果的一致性，采用动力降尺度方法获取青藏高原复杂地形下的高分辨率区域气候信息。构建分布式水文模型VIC，评估不同气候变化情景对径流的影响。采用模型预测控制(MPC)研究多目标管理和水库联合调动方案，基于风险的适应性决策方法，制定出水资源的适应性规划，揭示澜沧江流域水-能源-粮食关系链的互馈博弈关系，为国家及流域相关管理部门科学决策提供参考。

人类对气候变化的认识除了对历史数据进行科学分析外，还有就是借助气候模式进行数值试验。气候模式随着计算技术的发展和对大气物理过程认识的逐步提高，对未来气候变化的预测会以每数年一次的频率进行更新发布。本研究以跟踪最新全球气候变化比较结果（CMIP）为目的，用最新的第六次比较计划的结果（CMIP6）着眼国际河流澜沧江流域，对未来气候可能带来的与水资源有关的影响进行评估。主要取得如下结果：.1）对CMIP6中46个气候模式的历史（1961-2014年）试验的降水和气温模拟效果进行综合评估，并在全国及其三个主要流域（黄河流域片、长江流域片和西南诸河片）确定了模拟效果最好的10个模式（TBMs）；.2）模拟了2022-2099年期间澜沧江流域的径流变化。结果表明，到2099年，澜沧江流域径流深在SSP1-2.6、SSP2-4.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5四种情景下分别达到434.4、438.8、504.5和548.9 mm，均高于现在1961-1985年期间澜沧江流域的多年平均径流深416.3 mm的水平；.3）考虑两种未来情景（SSP2-4.5和SSP5-8.5）和升温水平（1.5℃和2℃），对南亚及其子区域内的干旱风险进行综合分析。结果表明，在升温1.5℃条件下，50年一遇干旱发生的频率在南亚大部分地区会翻番。同时，相比于升温1.5℃，在升温2℃条件下，面临极端干旱的面积会增加20%。未来地表温度和相对湿度的预测结果进一步表明，南亚亚热带和干旱地区降水量减少将导致干旱增加、气温升高。.本研究采用46个模式结果进行分析，代表性好，结论可靠，能为水资源开发利用、国际流域管理、全球变暖与健康等多部门提供科学数据支撑。