黄土高原气候和土地利用变化对土壤侵蚀的影响及不确定性分析

Soil erosion is serious in Loess Plateau, and this problem will be more complex under the impact of climate and land use change. Accurately assessing the response of soil erosion to climate and land use change is not only the requirement for ecological construction, but also for economic development. This project will be conducted in the Zhifanggou Watershed. By collecting the measured hydrometeorological data, investigating history and current situation of land use, and using SWAT (Soil and water assessment tool) and set pair analysis method, this project is planning to systematically study the impact of climate and land use change on runoff and sediment, and quantify their relative contribution on soil erosion in history period. The GCM (General Circulation Model) and downscaling method that suitable for the study area will be screened by analyzing the differences of different GCM and downscaling methods, the uncertainties of runoff and sediment resulted from precipitation and temperature series of downscaled GCM will be quantified. The future tendency of runoff and sediment will be predicted via setting different concentration pathway and land use scenario. The results will be helpful for accurately accessing the impact of future climate and land use change on soil erosion, and providing scientific basis for soil and water loss control on Loess Plateau.

黄土高原水土流失严重，在气候和土地利用变化影响下，土壤侵蚀问题也更为复杂。准确评估土壤侵蚀对气候和土地利用变化的响应是生态建设的需要，也是经济发展的需要。本项目以黄土高原纸坊沟流域为研究区，通过收集观测水文、气象资料，调查土地利用历史及现状，借助SWAT模型，采用集对分析方法，系统研究黄土高原历史气候与土地利用变化对径流、泥沙的影响，定量区分气候和土地利用对土壤侵蚀影响的相对贡献；分析不同GCM和降尺度方法的差异，筛选适合研究区的GCM和降尺度方法，量化降尺度后GCM的降水和气温序列模拟径流、泥沙的不确定性；设置不同GCM浓度路径和不同土地利用情景模式，预测未来径流、泥沙变化趋势。研究结果有助于准确评估黄土高原未来气候和土地利用变化对土壤侵蚀过程的影响，为防治水土流失提供科学依据。

黄土高原水土流失严重，在气候和土地利用变化影响下，土壤侵蚀问题也更为复杂。本项目以延河流域为研究区，采用SWAT模型模拟和多指标权重法，系统研究黄土高原历史气候与土地利用变化对径流、泥沙的影响，定量区分气候和土地利用对土壤侵蚀影响的相对贡献；筛选适合研究区的GCM和降尺度方法，量化GCM的降水和气温序列模拟径流、泥沙的不确定性；预测未来径流、泥沙变化趋势。结果表明：1）1961-2015年，延河流域年降水量呈非显著下降趋势，年径流量和年输沙量呈显著下降趋势。气候变化对径流和输沙量的影响分别占26.2%和19.4%，人类活动的影响分别占73.8%和80.6%。人类活动对径流量和输沙量的影响占主导地位，且气候变化对径流的影响程度大于泥沙，人类活动对泥沙的影响大于径流。2）GCM对降水和气温的模拟能力受季节和地形影响。GCM对冬季降水和气温的模拟能力优于夏季。对于降水，春季的模拟能力优于秋季，对于气温，秋季优于春季。对于降水，模式在盆地的模拟效果最好，山脉最差。对于气温，模式在山脉的模拟能力最强，高原最差。在不同空间尺度上，推荐了对降水和气温模拟能力较强的GCM。推荐采用Local intensity scaling方法和Variance scaling方法分别对降水和气温进行降尺度。不同模式和降尺度方法下，模拟的产流产沙量差异较大。3）2017-2100年，在RCP26，RCP45，RCP85浓度路径下，延河流域降水量呈显著增加趋势，在该降水量驱动下，径流量显著上升。RCP26和RCP45浓度路径下，输沙量呈非显著上升，RCP85浓度路径下，输沙量显著上升。浓度路径越大，降水量越大，径流量和输沙量及其增加速率也越大。气温也呈显著增加趋势，在该气温的驱动下，径流量呈显著上升趋势。RCP26和RCP45浓度路径下，输沙量呈显著上升趋势；RCP85浓度路径下，输沙量变化不显著。浓度路径越大，气温越高，径流量和输沙量及其增加速率越小。土地利用情景模拟结果显示，在减少耕地的情况下，能够有效削弱径流，减少土壤侵蚀。研究结果可在GCM模式和降尺度方法选择方面作为参考，预测的未来产流产沙量可为防治水土流失提供科学依据。