气候变化对流域水循环的影响研究
在全球变化的影响下，我国发生极端暴雨洪水和大范围干旱的极端事件呈现增加的趋势，北方河流的江河实测径流量总体上呈现减少的趋势，水资源约束进一步趋紧，生态环境进一步恶化。因此，开展气候变化对水循环的影响研究，具有重要理论价值和重大的实际意义。
张建云
中国工程院院士
观测资料表明，全球温度普遍升高是毋庸置疑的客观现实，海平面的逐渐上升与热膨胀，以及冰川、冰帽和极地冰盖的融化等也与气温上升的趋势完全一致。进入21世纪，全球气候变化已成为国内外广泛关注的重大问题。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)指出，全球气候变暖已经是一个不争的事实，未来全球气候将持续变暖，这必将对自然生态系统和社会经济系统产生巨大影响。由于我国特殊的自然地理环境，水旱灾害历来是我国经济社会发展面临的重大制约性因素之一，气候变化带来的各种负面影响尤其是自然灾害的严峻挑战是21世纪我国经济社会发展必须面对的重大挑战。
作为基础性的自然资源和战略性的经济资源，我国水资源可持续利用中存在的洪涝干旱灾害、水资源不足和水环境恶化三大问题，究其产生的自然原因，无一不与气候变化密切相关。气候变化对水循环的影响研究有两方面意义:从科学上认识大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈及生物圈间的相互作用机理，以提高气候变化的预测精度，从实践上回答它们对洪水、干旱的频次及强度的影响，以及对水量和水质的可能影响，为水资源管理和决策提供科学依据。
评估气候变化对流域水循环的影响，主要包括三方面内容:一是未来气候变化情景构建；二是水文模型率定与验证；三是在此基础上将气候变化情景输入水文模型，模拟流域水循环过程，评价气候变化对流域水循环的影响。生成未来气候变化情景的方法包括假设情景、时间类比法、空间类比法和基于GCM 输出等四种基本方法。当前，随着计算机技术和数值模拟技术的飞速发展，基于三维数值模拟的大气环流模式(GCMs)已经成为研究气候变化及构建未来气候变化情景最主要的工具。然而，构建未来气候变化情景过程中存在诸多的不确定性，尤其是在流域尺度气候变化情景的构建过程中，不同GCMs输出的不确定性在气候变化预估中占主导地位，为减小气候变化情景的不确定性，需要通过客观评价不同GCMs在流域尺度的模拟效果，以便选择更为合适的GCM。
作者从事气候变化对水循环影响的有关研究工作，始于2000年年初到日本山梨大学任教不久。有一天，在与时任联合国教科文组织(UNESCO)国际水文计划(IHP)主席竹内邦良教授讨论降水量、气温的长期变化趋势时，竹内邦良教授建议从理论上探讨一下趋势检测所需要的最小水文序列长度。于是，作者基于非参数统计方法，并结合理论推导和数值计算，得到了初步结果，相关成果发表于Journal of Hydrology 杂志。此后，作者进一步结合IHP相关工作，先后分析了日本、中国与整个东南亚降水量的长期变化趋势及其与ENSO 的相互关系，在Hydrological Processes 等杂志上发表了一系列学术论文。2003年回国到北京师范大学任教以后，结合科研和教学工作，关于气候变化对水循环的影响相关研究工作，内容不断深化，范围不断拓宽，先后获得相关科研项目十余项，有力地支撑了作者及所在科研团队近十年的相关研究工作。
《气候变化影响下的流域水循环》一书就是对作者团队在气候变化对流域水循环影响方面近年来研究成果的系统总结和凝练。我们试图从大气环流与大气水循环之间相互关系的角度揭示气候变化影响流域水循环关键过程的机理，辨识影响水循环关键过程的指标性因子，对流域水循环关键过程及要素的时空分布及其变化过程进行定量分析和诊断，预估未来气候变化情景下流域水循环关键过程的可能变化及其不确定性，为进一步开展气候变化背景下流域水资源变化情势和水资源安全评估提供科学依据。
在内容安排上，首先利用非参数检验方法分析我国典型流域水文气候要素长期变化趋势，即在回答未来“怎么变”之前，首先回答“过去怎么变”的问题。然后系统评估常用气候模式在不同流域的适用性，并选择表现较好的若干个气候模式应用于统计降尺度模型，生成相关流域未来多种组合情景下的气温和降水序列，将生成的时间序列驱动水文模型，模拟不同典型流域未来主要水循环要素，分析气候变化对我国 50 30215 50 15287 0 0 2051 0 0:00:14 0:00:07 0:00:07 3609同流域主要水循环过程的影响。除了上述气候变化情景构建中的不确定性，水文模型的不确定性和降尺度技术的不确定性也不容忽视，因此，第9章主要针对水文模型的不确定性问题和降尺度技术的不确定性问题进行了比较深入的分析。
第1章绪论，主要对全球气候变化相关的基本问题进行介绍，并简要分析国内外气候变化研究的动态和现状。
第2章分析了全国降水及各典型流域气候、水文要素时空变化特征。
第3章针对我国不同典型流域特点，对目前世界上不同全球气候模式进行了适应性评估。
第4章至第7章着重介绍了基于气候模式和水文模型耦合的我国典型流域水循环对气候变化的响应。
第8章以黄河上游流域、渭河流域和黑河流域为例，定量评价了气候变异和人类活动对流域径流量变化的影响。
第9章重点分析了气候变化影响评估中水文模型和降尺度模型的不确定性。
气候变化是目前和未来人类社会发展面临的共同问题，是跨学科的极其复杂的科学问题，既包含气候的自然变异，又包括人类活动造成的环境变化，了解自然变化和人类活动的影响是国际地球科学发展最为关键的问题，需要进一步深入研究。限于作者水平，书中不妥之处难免，敬请广大读者和同行专家给予批评指正，以利于本书今后进一步修改与完善。
徐宗学教授等编著的《气候变化影响下的流域水循环》从科学角度出发，并落脚于实例分析，选取的典型流域体现了我国北方、南方、西北及青藏高原等流域的特点，较全面地分析了气候变化对我国流域水循环的影响，也反映了我国气候变化对流域水循环影响研究的前沿问题，启迪人们对气候变化影响下中国水循环与水资源问题进行更深入的思考和探索。
——徐冠华
中国科学院院士
本文由刘四旦摘编自徐宗学、刘浏、刘兆飞著《气候变化影响下的流域水循环》一书，有删减改动，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-043674-0
《气候变化影响下的流域水循环》旨在揭示气候变化对我国典型流域水循环过程的影响，预估未来气候变化情景下典型流域水循环过程的可能变化。
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