中国北方地区气候因子突变与停滞机制及水资源响应与应对研究

A comprehensive study area in northern china, Horqin sandy land, Northern foot of the greater Hinggan mountains, Ural mountains, West side of Helan mountain and the lower reaches of Heihe river as the typical research area. Using the meteorological data from 362 meteorological stations in the study area and its surrounding areas from 1951 to 2017, Long term sequence of hydrological and climatic factors in recent 200 years in tree ring reconstruction in five typical research areas, the runoff data of 53 hydrological stations in different climate types from 1951 to 2017.Adopting CAST weather categorizing method, M-K mutation test and other methods, Through the process of exploration, analysis and comparison, To reveal the variation characteristics and laws of runoff, precipitation and temperature under different temporal and spatial scales, Establish the dynamic index of climate factor abrupt and hiatus critical identification under different climate type regions and different time scales, Accurately revealing the regularity and mechanism of climate factor abrupt and hiatus. To reveal the mechanism of climate change and hysteresis response to climate factors in different climate types and different time scales, and then accurately reveals the response mechanism. Establishing the hydrological and climate factors dynamic simulation model and coupling simulation model of different climate regions, predict the water resources in the background of climate factor abrupt and hiatus, form a response plan. Results can further enrich the relevant research theory and methods.

以中国北方地区为综合研究区，科尔沁沙地、大兴安岭北麓、乌拉山、贺兰山西侧、黑河下游地区为典型研究区，利用综合研究区及其周边地区362个气象站点1951～2017年实测短序列气象数据、五处典型研究区树木年轮重建的近200年水文气候因子长序列数据、不同气候类型分区53个水文站点1951～2017年径流量数据，采用CAST分类、MK检验等多种方法，通过探索、分析、对比等过程，揭示径流、降水、气温等因子不同时空尺度下变化特征与规律，建立不同气候类型区、不同时间尺度下气候因子突变与停滞临界辨识动态指标，准确揭示气候因子突变与停滞规律、机制。揭示不同气候类型区、不同时间尺度下水资源对气候因子突变与停滞响应尺度弹性机制，进而准确揭示其间响应机制。构建不同气候类型区水文、气候要素动态模拟模型及其耦合模拟模型，预测气候因子突变与停滞背景下的水资源情况，形成应对方案。成果可进一步丰富相关研究理论和方法。

几个世纪以来，全球水文气候经历了前所未有的变化，对水资源等产生了较大影响，气候因子特别是气温的突变与停滞规律与形成机制及其对径流的影响尚未有明确的定论。基于此，以中国地区为研究区，利用研究区622个气象站点1951～2018年实测短序列气象数据、五处典型研究区树木年轮重建的近200年水文气候因子长序列数据、60个水文站点1956～2016年径流量数据，采用WBM模型等多种方法，分析了研究区气候因子不同时空尺度下变化特征与规律，揭示了气候因子不同时空尺度下突变与停滞机制，分析了不同时空尺度下水资源对气候因子突变与停滞的响应机理，形成了气候因子突变与停滞背景下的水资源应对方案。主要结果表明：中国地区多年降水量呈东南至西北阶梯递减分布，在地势二、三阶梯分界线附近下降显著。多年气温整体呈现上升趋势，北方地区上升速率整体快于南方。降水在20世纪50年代开始发生突变，空间上呈现东北突变时间最早，西北及东南地区突变时间最晚。年、季气温20世纪70年代开始发生突变，突变时间出现北早南晚的纬度差异，气温突变后5~15年，中国部分地区气温发生变暖停滞，停滞年份介于1989~2013年之间，主要集中在1998年和2007年。三类气温突变/变暖停滞是由于人类活动的不断增强、PDO、AO处于正/负位相、AMO及SR持续上升/下降，MEI突变、各地区WS、AP、RH持续下降/上升的共同影响导致的，各因子影响贡献表现出空间差异。中国地区大部分代表性水文站点多年径流量呈显著下降趋势，整体上北方流域径流量下降速率明显快于南方，尤其到了20世纪80~90年代后，径流量最大减少50%以上。剔除降水等其它气象因子的影响，气温突变前后，气温对地表径流量的影响由突变前的3%~8%增大至突变后的6%~15%，西北包含融雪径流的个别水文站点，气温突变对径流量的影响高达20%，是突变前的1.5倍；当气温发生变暖停滞后，气温仍保持在高位，对地表径流量的平均影响在6%~10%。未来气温升高或维持高位下，北方水资源短缺问题将更突出，初步提出了水资源应对方案。本研究为解释径流与主要影响因子间常规响应下难于解释的一些现象提供了新参考，亦为深入了解气候变化、应对水资源问题提供了参考，具有一定的科学意义。