基于CMIP5试验的全球变化背景下黄河流域水循环模拟研究

The Yellow River flows over the arid and semi-arid areas in Northern China, and it is an important water resource for agriculture and drinking. The global climate change, which are caused by the increasing emissions of greenhouse gases and aerosols as well as the changes of land use and land cover, may give rise to the redistribution of precipitation in different areas and different seasons, and it will furthermore give deep impact on the water supply and the water cycle in the Yellow River basin. Therefore, it is very necessary to study the changes in climate and environment of Yellow River basin under the background of global climate changes, especially for the changes in the water cycle. Based on the phase five of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5), this project aims to simulate and predict the past and future climate changes in the Yellow river basin, focusing on the spatial and temporal changes of precipitation and runoff. The CMIP5 models which have well simulated the history climate of 20 century will be selected, and their 6-hourly simulated outputs for the past 50 years and the future nearly 100 years under different Representative Concentration Pathways(RCPs) will be used to drive the regional climate model WRF. The WRF model will be run with high resolution multiple nests. The dynamically downscaled high resolution output will be further used to drive an distributed hydrological model system which combines Xin'anjiang and TopModel runoff mechanisms with a river routing mechanism, for simulating and studying the river hydrological responses to the global changes, and quantitatively evaluating the water supply of the river flow to the areas of Ningxia, Hetao and the lower reaches.

黄河是流经我国北方干旱与半干旱地区的主要河流。人类活动引起的温室气体和气溶胶排放以及土地利用变化所带来的一系列全球变化必然会影响降水在不同区域、不同季节的再分配，从而影响黄河流域的水分循环特征和水资源供给。因此，对大尺度气候变化背景下我国黄河流域的气候环境尤其是水循环的变化进行深入研究具有重要意义。本项目拟选用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中对20世纪历史气候模拟较好的全球模式，利用其历史试验近50年和未来不同典型浓度路径（RCP）下近100年试验每6小时输出结果驱动区域模式WRF，采用高分辨率嵌套方式，模拟和预估黄河流域历史和未来气候变化，重点研究黄河流域降水的时空分布及其变化，进而根据动力降尺度后的高分辨率资料驱动分布式流域水文模型，模拟研究全球变化背景下黄河流域的水文响应,定量评估河网径流变化及宁夏、河套与下游河流供水变化。

黄河是流经我国北方干旱与半干旱地区的主要河流，人类活动所带来的一系列全球变化必然会影响黄河流域的水分循环特征和水资源供给，对大尺度气候变化背景下我国黄河流域的气候环境尤其是水循环的变化进行深入研究具有重要意义。本项目首先利用CMIP5多个全球耦合模式对中国及其黄河流域的历史和未来情景下的气候模拟结果，系统对比分析了黄河流域和长江流域气候变化及水分循环的特征差异及其机理；进而选择对中国区域大尺度气候变化背景模拟较好的全球模式驱动区域模式对历史和未来情景下的中国和黄河流域进行动力降尺度，并进一步采用高分辨率嵌套方式，模拟和预估了黄河流域历史和未来时段气候和水分循环变化；针对黄河流域，发展和改进河道汇流模型，根据高分辨率区域模式结果驱动陆面/水文模型和河道汇流模型，模拟研究了全球变化背景下黄河流域的水文响应。. 通过分析发现，由于黄河流域相对干燥，蒸发主要受降水影响，而长江流域夏季比较湿润，蒸发主要受辐射以及温度影响。区域模拟试验研究表明，在未来RCP4.5气候变化情景下，黄河流域降水量将增加，使得水循环其他要素如蒸发、径流和土壤湿度随之增加，从而增大该地区的水循环强度。然而，各要素的变化在空间分布和季节特征上存在一定差异。. 在未来RCP4.5情景下，相比历史流量，黄河各站点的流量普遍增加，增加幅度为14-25%。在较干旱的黄河上游，河道径流量增加幅度较小，而中游区域流量增加较大。. 本项目关于黄河流域历史及未来气候和水分/水文循环变化的研究结果，可为黄河流域的水资源利用和治理提供科学参考，具有重要的科学和现实意义。相关研究结果发表在国际地学知名期刊JGR、以及其它SCI期刊如Theor. Appl. Clim.上。