文档介绍：中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心
博士学位论文
气候变化对黄土塬区水资源、土壤侵蚀和作物产量潜在影响的
评估
姓名:李志
申请学位级别:博士
专业:生态学
指导教师:刘文兆;张勋昌
20070606
摘要 III
气候变化对黄土塬区水资源、土壤侵蚀和作物产量
潜在影响的评估
学生姓名: 李志导师姓名:刘文兆张勋昌
专业: 生态学研究方向:流域水文生态
摘要
气候变化是影响水资源、土壤侵蚀和作物产量变化的重要因素,通过建立未来
气候变化情景,对其可能带来的影响进行评估,可以为区域可持续发展和宏观决策
提供依据。本文以黄土高塬沟壑区的黑河流域(泾河支流)为研究区域,使用 4 种
SR/NIES,CGCM2,CSIRO 和 HadCM3)各 3 种排放情景(A2、B2 和
GGa1),从坡面(流域内 CERN 长武站的两个坡地农田)和流域(黑河流域)两个
空间尺度建立了 2010~2039 年的气候变化情景;使用 WEPP 在坡面尺度和 SWAT
在流域尺度上评估了气候变化对水资源、土壤侵蚀和作物产量的潜在影响;最后探
讨了减缓气候变化不利影响的适应性对策。论文主要得到了如下结论:
1)解集 GCMs 输出是非常必要的。由于气候模式的不确定性,各 GCMs 的网
格输出都不能很好地反映研究区域或站点的气候。GCMs 的网格数据不仅在数量上
与实测数据有差距,而且在分布上也具有不同的趋势,说明 GCMs 网格数据不能直
接应用到研究区域进行影响评估,需要进行空间解集。
2)两种解集方法预测的气候变化有所差距,但结果都表明研究区域未来气候
将发生显著变化。空间显示方法预测长武县 2010~2039 年年均降水可能变化-~
%,12 种情景(4 种气候模式×3 种排放情景)中有 8 种情景预测降水增长 ~
%;降水方差增大,表明暴雨次数将增加;年均最高和最低温度分别升高 ~
℃和 ~℃。空间隐式方法预测黑河流域年均降水可能变化-~%,12
种情景中有 9 种情景表明降水增长 ~%;年均最高和最低温度分别升高 ~
℃和 ~ ℃,最低温度的升高更为明显,表明日较差可能会进一步减小。
两个结果略有差异,一方面是由于空间尺度(单站点与流域)的原因,另一方面是
由于解集方法造成的,据有关研究,空间显示方法得到的结果往往变异性更大,但
更符合实际。
3)WEPP 模型在 5°和 10°坡地以及 SWAT 模型在黑河流域有很好的适用性。
IV 气候变化对黄土塬区水资源、土壤侵蚀和作物产量潜在影响的评估
WEPP 对径流的模拟效果好于对侵蚀的模拟,对裸露地的模拟结果要略优于对有农
作物和草地覆盖条件下的模拟结果;天气发生器 CLIGEN 在模拟降水量、最高和最
低温度方面精度较高,产生的降水要素、风速、辐射、极端气候事件、温度变化范
围以及气象要素的相关性等都不同程度地存在误差,但是通过校准都可以达到满意
的效果;SWAT 在黄土塬区具有很好的适用性,校准期和验证期内模拟年径流的模
型效率系数都在 以上,线性回归系数都在 以上。
4)气候变化对坡地农田和流域的水资源等都带来了显著的影响,表明研究区
域的水土管理措施需要改变。坡面尺度上,WEPP 模拟的 2010~2039 年传统耕作
下,较 1957~2005 年,径流增长 ~%,土壤侵蚀变化-~%;小麦
和玉米产量分别变化-~%和-~%,植物蒸腾和土壤蒸发分别变化
-~%和-~, 剖面的土壤含水量变化-~%。24 种情景(4
种气候模式×3 种排放情景×2 个坡地)中有 21 种情景预测侵蚀增加 ~%,
14 种情景的小麦减产-~-%,22 种情景的玉米产量增加 ~%;14 种
情景下,植物蒸腾减少-~-,土壤蒸发增加 ~%,土壤含水量增加 ~
%。
流域尺度上,较 1972~2001 年的气候和 2000 年的土地利用,SWAT 模拟的年
均径流可能变化-~%,枯水期径流普遍减少; 剖面的土壤水分可能变
化-~%,蒸散普遍增长 ~%。12 种情景(4 种气候模式×3 种排放情景)
中,有 7 种情景预测径流减少-~-%,有 9 种情景预测土壤水分含量增高 0