基于指纹的流域水循环演变的检测与归因研究

随着全球气候变暖和经济社会发展，人类活动对流域水循环的影响日益加剧，如何定量区分气候变化、取用水和下垫面改变等人类活动因素及自然因素在水循环演变中的贡献，为水资源综合管理提供实践指导，已成为现代水文水资源学研究的关键科学问题之一。本项目在相关研究工作基础上，从驱动机制的角度探寻流域水循环演变的原因，提出基于指纹的流域水循环演变的检测与归因方法，以海河流域为例进行应用研究，识别流域水循环演变的驱动因素，定量区分气候变化、取用水和下垫面改变等人类活动因素及自然因素在流域水循环演变中的贡献，深入研究不同影响因素对水循环过程的影响机理，从数据输入和模型参数两个方面对研究中可能存在的不确定性进行初步评估，基于归因分析结果，对研究区域未来气候变化和不同情景下的水循环状况进行分析。本项目将丰富变化环境下流域水循环演变驱动因素识别的理论和方法，在高强度人类活动地区的水资源综合管理中具有广阔的应用前景。

随着全球气候变暖和经济社会发展，人类活动对流域水循环的影响日益加剧， 如何定量区分气候变化、取用水和下垫面改变等人类活动因素及自然因素在水循环演变中的贡献，为水资源综合管理提供实践指导，已成为现代水文水资源学研究的关键科学问题之一。本项目从驱动机制的角度探寻流域水循环演变的原因，提出了基于指纹的流域水循环演变的检测与归因方法，以海河流域为例进行应用研究。项目执行期间共发表学术论文24篇，其中SCI收录5篇，EI收录8篇，参与撰写专著3部，获专利授权1项、软件著作权1项，获省部级科技奖励1项，获其它科技及学术奖励6项，完成了项目计划书的任务。.取得的主要成果和结论如下：（1）综合运用全球气候模式、分布式水文模型、统计降尺度模型，提出了基于指纹的流域水循环演变的检测与归因方法，可为科学识别流域水循环演变的驱动因素和定量区分不同因素在流域水循环演变过程中的贡献提供一种新的方法；（2）应用基于指纹的流域水循环演变的检测与归因方法对海河流域过去40年的水循环演变进行归因分析，结果表明，海河流域年降水量呈减少趋势，减少速率约为-2.18 mm/a，导致这种变化的主要因素可能是气候系统的自然变异；海河流域年平均温度呈显著增加趋势，平均增温速率约为0.3°C/10a，导致这种变化的主要因素可能是温室气体排放导致的全球变暖以及太阳活动和火山爆发，其贡献分别为84%和16%，温室气体排放导致的全球变暖是主要因素；海河流域年地表水资源量呈显著减少趋势，减少速率约为-1.46 mm/a，导致这种变化的主要因素可能是气候系统的自然变异和区域人类活动，其贡献分别为40%和60%，区域人类活动是主要因素；（3）应用GLUE方法对分布式水文模型主要参数的不确定性进行了初步分析，结果表明，整体来看，分布式水文模型WEP-L对实测数据的覆盖性高，可以包含大部分实测数据，对于汛期洪峰的模拟效果较好，但在非汛期模拟的预测区间较大，虽然很好的覆盖了实测数据，但带来了一定的不确定性；（4）在未来气候变化条件下，海河流域年平均降水量的变化趋势为略有增加，约11%左右，年际波动幅度比历史情况有所增大；海河流域年平均温度约增加0.9°C，年际波动幅度比历史情况有所减小；在水资源调控措施方面，增加水资源外调水，减少地下水开采量，将极大地改善流域的水资源条件。