秦岭高海拔山地降水变化及其对水资源的影响

Qinling Mountain is the geographic north and south boundaries in China, as well as the head water of Han and Wei River. Water from Qinling has increasingly become a scarce resource, directly affecting the water security of Guanzhong Cities, the south-to-north water diversion project and water resources allocation from Han River to Wei River. How to make good use of the water of Qinling Mountains is based on a clear understanding of the formation, migration and transformation of water resources in Qinling. Water resource in Qinling is mainly from atmospheric precipitation, but the systematic observation and research on precipitation is still in a blank state at the area with altitude more than 1500m asl in Qinling, which limits the further study on climate and the water resource variations in Qinling. It is urgent to monitor the precipitation variability in high Qinling Mountain. Based on this case, this project will choose two sections for measuring the gradient precipitation variation. Section one is along Qinling main ridge, and the other is from north slope to south slope of Taibai Mountain at different heights from 1000m to 3767m. These measurements can provide basic data of precipitation in Qinling high mountain. Combined with the CloudSat satellite data and hydrological model, the water vapor transport characteristics in Qinling will be studied, the precipitation change in Qinling and its impact on water resource will be clarified, the possible changes of precipitation in Qinling in the next 50 years will be forecasted, and the security risk of water resources in Qinling will be assessed.

秦岭是中国地理南北分界线，也是汉江和渭河的一级水源地，秦岭水资源日益成为一种短缺资源，直接影响到关中城市群的水安全，及南水北调中线、引汉济渭等引水工程的水资源调配。如何可持续利用好秦岭之水，前提是对秦岭水资源的形成、运移和转化有清晰的认识。秦岭水资源来自于大气降水，但在海拔高于1500m的秦岭高山地带，对降水的系统观测和研究目前还处于空白状态，限制了对秦岭高山降水和水资源变化的深入研究，急需在秦岭高海拔山地进行降水观测。基于此，选择秦岭太白山高海拔地区，从海拔1000m到海拔3767m的主峰拔仙台，沿秦岭主脊和南北坡两个断面，在不同高度进行降水的梯度观测，提供秦岭高山区降水变化的基础数据，结合CloudSat卫星数据和水文模型，研究水汽在秦岭高山地区的输送特征，阐明秦岭高山地区降水变化对水资源的影响，预估未来50年秦岭山区降水的可能变化，评估秦岭水资源的安全风险。

秦岭作为我国地理-生态南北过渡带、南水北调中线工程产水区和渭河、汉江的主要水源地，深化秦岭山地水循环过程，对生态环境的保护和社会经济可持续发展意义重大。基于此，本项目在秦岭太白山地区海拔3770米处首次实现了对秦岭高海拔地区的温度、降水、风速等要素的系统观测。利用观测、WRF数值模拟、ERA5再分析资料以及GPM卫星产品，对秦岭山地气候的垂直地带性进行了研究。主要结论有:（1）1970-2020年秦岭山区气候呈“暖干化”特征，秦岭山区平均年均温以0.30℃/10a的气候倾向率升高，而年降水量以-2.56 mm/10a的气候倾向率减小。（2）秦岭3760 m处年降水量可达1300 mm，远高于汉江盆地和关中平原全年600-800 mm的降水量，秦岭南坡的降水梯度可达17.1mm/100m，而北坡为20.5mm/100m。（3）由南海北上进入秦岭山区的水汽输送异常增强（减弱），是导致秦岭山区降水偏多（少）的重要原因。（4）秦岭凭借高大地形对600 hPa高度以下的南来湿润气流具有明显的阻挡、强迫和拦截作用，使其南坡成为区域降水高值中心。.利用VIC水文模型和气象观测数据重建了秦岭山区1970-2020年径流变化。发现秦岭北麓平均径流量为35.6亿m3，占渭河（华县站）平均径流量的65%，秦岭南麓平均径流量为214.9亿m3，占汉江（黄家港站）平均径流量的73%。在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5气候变化情景下，秦岭南坡径流到本世纪末比2015年分别增加29、20、27和-21亿m3，而在北坡则分别增加15、14、16和4亿m3。由系统动力学模型预测2015-2100年秦岭北麓地区（宝鸡、西安、渭南）用水量由41亿m3增长至76亿m3，而南麓地区（汉中、安康、商洛）用水量由27亿m3增至48亿m3。预估2100年北麓地区（宝鸡、西安、渭南）秦岭径流补给缺水量达21.9-34.2亿m3。秦岭北坡径流的增加不足以满足秦岭北麓用水需求，在保证汉江下游需水前提下，在低排放路径下（SSP1-2.6）秦岭南坡每年可以为渭河与京津冀豫等地调水约105亿m3水资源，而高排放路径下（SSP5-8.5）仅可调水39亿m3。