氣候變化對黃土塬區(qū)水資源、土壤侵蝕和作物產(chǎn)量潛在影響的評估.pdf

1、氣候變化是影響水資源、土壤侵蝕和作物產(chǎn)量變化的重要因素，通過建立未來氣候變化情景，對其可能帶來的影響進行評估，可以為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和宏觀決策提供依據(jù)。本文以黃土高塬溝壑區(qū)的黑河流域（涇河支流）為研究區(qū)域，使用4 種GCMs（CCSR/NIES，CGCM2，CSIRO 和HadCM3）各3 種排放情景（A2、B2 和GGa1），從坡面（流域內(nèi)CERN 長武站的兩個坡地農(nóng)田）和流域（黑河流域）兩個空間尺度建立了2010～2039 年的氣候變

2、化情景；使用WEPP 在坡面尺度和SWAT在流域尺度上評估了氣候變化對水資源、土壤侵蝕和作物產(chǎn)量的潛在影響；最后探討了減緩氣候變化不利影響的適應(yīng)性對策。論文主要得到了如下結(jié)論： 1）解集GCMs 輸出是非常必要的。由于氣候模式的不確定性，各GCMs 的網(wǎng)格輸出都不能很好地反映研究區(qū)域或站點的氣候。GCMs 的網(wǎng)格數(shù)據(jù)不僅在數(shù)量上與實測數(shù)據(jù)有差距，而且在分布上也具有不同的趨勢，說明GCMs 網(wǎng)格數(shù)據(jù)不能直接應(yīng)用到研究區(qū)域進行影響

3、評估，需要進行空間解集。 2）兩種解集方法預(yù)測的氣候變化有所差距，但結(jié)果都表明研究區(qū)域未來氣候?qū)l(fā)生顯著變化?？臻g顯示方法預(yù)測長武縣2010～2039 年年均降水可能變化-2.6～ 17.4％，12 種情景（4 種氣候模式×3 種排放情景）中有8 種情景預(yù)測降水增長2.9～ 17.4％；降水方差增大，表明暴雨次數(shù)將增加；年均最高和最低溫度分別升高0.6～ 2.6℃和0.6～1.7℃。空間隱式方法預(yù)

4、測黑河流域年均降水可能變化-2.3～7.8％，12種情景中有9 種情景表明降水增長0.7～7.8％；年均最高和最低溫度分別升高0.7～ 2.2 ℃和1.2～2.8 ℃，最低溫度的升高更為明顯，表明日較差可能會進一步減小。 兩個結(jié)果略有差異，一方面是由于空間尺度（單站點與流域）的原因，另一方面是由于解集方法造成的，據(jù)有關(guān)研究，空間顯示方法得到的結(jié)果往往變異性更大，但更符合實際。 3）WEPP 模型在5°和10

5、°坡地以及SWAT 模型在黑河流域有很好的適用性。WEPP 對徑流的模擬效果好于對侵蝕的模擬，對裸露地的模擬結(jié)果要略優(yōu)于對有農(nóng)作物和草地覆蓋條件下的模擬結(jié)果；天氣發(fā)生器CLIGEN 在模擬降水量、最高和最低溫度方面精度較高，產(chǎn)生的降水要素、風(fēng)速、輻射、極端氣候事件、溫度變化范圍以及氣象要素的相關(guān)性等都不同程度地存在誤差，但是通過校準(zhǔn)都可以達到滿意的效果；SWAT 在黃土塬區(qū)具有很好的適用性，校準(zhǔn)期和驗證期內(nèi)模擬年徑流的模型效率系數(shù)都在0

6、.86 以上，線性回歸系數(shù)都在0.82 以上。 4）氣候變化對坡地農(nóng)田和流域的水資源等都帶來了顯著的影響，表明研究區(qū)域的水土管理措施需要改變。坡面尺度上，WEPP 模擬的2010～2039 年傳統(tǒng)耕作下，較1957～2005 年，徑流增長10.1～130.4％，土壤侵蝕變化-5.4～194.5％；小麥和玉米產(chǎn)量分別變化-17.2～24.7％和-2.0～38.7％，植物蒸騰和土壤蒸發(fā)分別變化-7.9～12.8％和-13.5～18

7、.3，1.8m 剖面的土壤含水量變化-5.8～9.4％。24 種情景（4種氣候模式×3 種排放情景×2 個坡地）中有21 種情景預(yù)測侵蝕增加1.6～194.5％，14 種情景的小麥減產(chǎn)-17.2～-0.3％，22 種情景的玉米產(chǎn)量增加3.9～38.7％；14 種情景下，植物蒸騰減少-7.9～-0.5，土壤蒸發(fā)增加0.2～18.3％，土壤含水量增加0.4～ 9.4％。 流域尺度上，較1972～2001 年的氣候和200

8、0 年的土地利用，SWAT 模擬的年均徑流可能變化-17.3～27.9％，枯水期徑流普遍減少；1.2m 剖面的土壤水分可能變化-2.0～4.6％，蒸散普遍增長2.4～4.6％。12 種情景（4 種氣候模式×3 種排放情景） 中，有7 種情景預(yù)測徑流減少-17.3～-0.1％，有9 種情景預(yù)測土壤水分含量增高0.7～ 4.6％。 5）必要的適應(yīng)性對策可以減緩氣候變化的不利影響。坡面尺度上，采用保護性耕作，可以

9、有效地減少徑流和侵蝕。較1957～2005 年的傳統(tǒng)耕作，2010～2039年坡地農(nóng)田徑流變化-34.2～71.0％，土壤侵蝕大量減少-76.5～-25.8％；預(yù)測的小麥和玉米產(chǎn)量以及植物蒸騰、土壤蒸發(fā)和土壤水分受耕作系統(tǒng)的影響較小。流域尺度上，調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，可以有效調(diào)控水資源狀況。按照1985～2000 年土地利用變化趨勢正推生成的2015 年土地利用情景，將導(dǎo)致徑流變化-18.7～25.7％、土壤水分含量變化-3.4～3.0％以

10、及增加蒸散3.6～6.4％；按照與1985～2000 年相反的土地利用變化趨勢生成的2015 年土地利用情景，會使徑流變化-12.2～36.0％、土壤水分含量增加4.3～11.2％，減少蒸散-3.4～-0.8％。 6）氣候變化影響評估存在不確定性，主要來源于三個方面：氣候模式、解集方法和評估模型。由于這些不確定性的存在，進行影響評估時需要做好如下幾個方面：GCMs 適用性評估，優(yōu)選解集方法，農(nóng)業(yè)水文等模型的評估、校準(zhǔn)和優(yōu)選，這