基于机器学习和未来气候变化模式的埃塞俄比亚粮食产量预测 被引量：5

1

作者 徐宁 李发东 +7 位作者 张秋英 艾治频 冷佩芳 舒旺 田超 李兆 陈刚 乔云峰 《中国生态农业学报（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期490-504,I0001,I0002,共17页

对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚,粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系,预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度,机器学习技术为这种复杂系统变化的预测提供了一种有效途径... 对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚,粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系,预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度,机器学习技术为这种复杂系统变化的预测提供了一种有效途径。本研究利用37个全球气候模式(GCM)的数据以及土壤数据,基于机器学习模型,预测了埃塞俄比亚2021年至2050年5种主要粮食作物在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的产量变化。经GCM和变量的筛选后,利用梅赫季和贝尔格季中5种主要粮食作物的10个产量数据对直方图梯度提升决策树、极端梯度提升随机森林、轻梯度提升决策树、随机森林、极限树以及K近邻6种机器学习模型进行训练。经过模型评估,选择表现良好的3个模型,采用线性回归算法进行堆叠,然后使用堆叠模型进行预测。研究结果表明,未来30年埃塞俄比亚梅赫季5种主要粮食作物产量变化以增产<2 t·hm^(-2)为主;SSP126情景下的贝尔格季将出现更明显的减产现象,这可能是由于温室效应的减缓降低了CO_(2)的施肥效应。随着人类活动造成的生态环境恶化,研究区农业生产对粮食结构改变和重新分配生产力的需求不断增长,导致农作物生产力向新的适宜地区转移。研究区在SSP126和SSP585情景下将分别因为干旱缓解和温室效应加剧而获得更高的粮食作物生产力。 展开更多

关键词 粮食产量 机器学习 气候变化 全球气候模式 埃塞俄比亚

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机器学习算法在降水和气温多模式集成中的应用 被引量：4

2

作者 鞠琴 吴金雨 +5 位作者 王兴平 刘小妮 王逸夫 段远强 吴可馨 蒋晓蕾 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期106-115,共10页

选取CMIP6中5种全球气候模式,利用算术平均、权重平均、多元线性回归、BP神经网络、长短期记忆(LSTM)神经网络和随机森林(RF)等6种多模式集成方法,基于黄河流域水源涵养区历史降水量和气温数据,评估不同集成方法的模拟效果,并选取模拟... 选取CMIP6中5种全球气候模式,利用算术平均、权重平均、多元线性回归、BP神经网络、长短期记忆(LSTM)神经网络和随机森林(RF)等6种多模式集成方法,基于黄河流域水源涵养区历史降水量和气温数据,评估不同集成方法的模拟效果,并选取模拟效果最好的多模式集成方法预估未来SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.53种情景下黄河流域水源涵养区的降水和气温变化趋势。结果表明:多模式集成能很好地再现基准期降水和气温变化,3种机器学习算法表现相对较好,其中LSTM神经网络最好;在未来3种情景下,多年平均降水量均有所增加,四季降水量变化各有差异;SSP1-2.6情景下年降水量峰值出现在各时段初期,SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的年降水量呈增长趋势,远期下降趋势较明显;3种情景下气温都呈上升趋势,但变化差异较大,增温幅度和速率由小到大为SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5,秋季气温增幅最大,冬季最小;多模式集成方法对未来降水量和气温的预估存在较大的不确定性,均表现为中远期大于近期,降水量预估的不确定性比气温大,其中降水量秋冬季不确定性明显大于春夏季。 展开更多

关键词 CMIP6 全球气候模式 多模式集成 LSTM神经网络 黄河流域

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全球气候变化模式和多基因遗传规划在逐日参考作物腾发量预报中的应用 被引量：2

3

作者 姚顺秋 闫晓惠 《水利规划与设计》 2020年第12期87-92,共6页

提出并评测了基于全球气候变化模式与多基因遗传规划(MGGP)人工智能方法的逐日参考作物腾发量(ET0)预报方法(GCM-MGGP)。分别采用该方法、全球气候变化模式的原始数据法(GCM法)和全球气候变化模式与传统单基因遗传规划方法(GCM-SGGP)对... 提出并评测了基于全球气候变化模式与多基因遗传规划(MGGP)人工智能方法的逐日参考作物腾发量(ET0)预报方法(GCM-MGGP)。分别采用该方法、全球气候变化模式的原始数据法(GCM法)和全球气候变化模式与传统单基因遗传规划方法(GCM-SGGP)对该庄河地区的逐日ET0序列进行计算。结果显示,GCM-MGGP法性能最优,具有非常好的推广价值。 展开更多

关键词 参考作物腾发量 ET0 全球气候变化模式 遗传规划 多基因遗传规划 人工智能 机器学习

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不同排放情景下大连地区21世纪气候变化预估 被引量：2

4

作者 程相坤 任学慧 刘捷 《安徽农业科学》 CAS 北大核心 2010年第21期11295-11298,共4页

利用政府间气候变化委员会(IPCC)第4次评估报告提供的20多个气候系统模式的模拟结果,经过插值降尺度计算,以多模式集合模拟结果分析预估不同情景下(SRESA2、SRESA1B和SRESB1)大连地区21世纪气候变化。结果表明,21世纪大连气候总体有显... 利用政府间气候变化委员会(IPCC)第4次评估报告提供的20多个气候系统模式的模拟结果,经过插值降尺度计算,以多模式集合模拟结果分析预估不同情景下(SRESA2、SRESA1B和SRESB1)大连地区21世纪气候变化。结果表明,21世纪大连气候总体有显著变暖、变湿趋势。年平均气温变暖趋势为2.45～3.46℃/100年,年降水增加趋势为每100年5.8%～16.3%。冬季变暖最明显,冬、春季降水增加较明显,21世纪前期秋季降水减少较明显。在A2、A1B和B1情景下,21世纪后期气温分别比常年偏高3.46、3.44和2.45℃,年降水分别比常年偏多16.30%、11.80%和5.79%。 展开更多

关键词 全球气候模式 IPCC AR4 气候变化 地面气温 降水

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气候变化对关中地区粮食产量的影响及趋势分析 被引量：19

5

作者 赵茹欣 王会肖 董宇轩 《中国生态农业学报（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期467-479,共13页

以增温为主的气候变化对粮食产量具有显著影响。本文利用关中地区1983—2016年的站点气象要素、粮食产量统计数据和跨部门影响模型比较计划(Intersectoral Impact Model Intercomparison Project,ISIMIP)中4个全球气候模式2021—2050年... 以增温为主的气候变化对粮食产量具有显著影响。本文利用关中地区1983—2016年的站点气象要素、粮食产量统计数据和跨部门影响模型比较计划(Intersectoral Impact Model Intercomparison Project,ISIMIP)中4个全球气候模式2021—2050年降水、气温输出结果,采用突变分析、趋势分析和敏感性分析等方法,从粮食单产、气候产量和气候生产潜力等方面系统分析了我国主要粮食产地之一的陕西关中粮食产量对气候变化的响应特征。结果表明:1)1983—2016年,关中地区年平均气温呈显著上升趋势,升温速率为0.05℃·a^–1(P<0.01),其中,最高气温的上升起主要作用;年降水量则以–1 mm·a^–1的速率呈下降趋势,但不显著。2)关中地区多年平均粮食单产为3599 kg·hm^–2,且逐年波动上升,速率为57.17 kg·hm^–2·a^–1(P<0.001)。关中多地的气候产量与气温呈正相关,气温的升高一定程度上促进了关中气候产量的增加,但并不显著(平均增加率为0.85 kg·hm^–2·a^–1)。渭河关中地区多年以来的气候生产潜力为7000~12000 kg·hm^–2,受气温波动的影响,1995年后的平均气候生产潜力高于1995年之前,是整个研究时段气候生产潜力呈现增加趋势的主要时期。3)未来30年里(2021—2050年),关中地区在RCP2.6情景下的平均气候生产潜力略高于RCP6.0情景,但前者的生产潜力呈逐年下降趋势,后者则表现出逐年上升趋势。关中地区的作物对气候资源的利用空间还很大,且气候变化对关中粮食产量具有促进作用,但此正向作用并不是持续不变的。 展开更多

关键词 气候变化 粮食产量 气候生产潜力 全球气候模式 关中地区

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气候变化条件下长江水资源演变趋势与对策 被引量：12

6

作者 张洪刚 杨文发 陈华 《人民长江》 北大核心 2014年第7期1-6,38,共7页

在总结气候变化对流域水资源影响研究方法的基础上,分别构建了长江流域水量平衡简化模型和汉江流域9 km×9 km的VIC分布式水文模型,并利用GCMs的输出驱动所建水文模型,预测了长江和汉江流域水资源在气候变化背景下的变化趋势。研究... 在总结气候变化对流域水资源影响研究方法的基础上,分别构建了长江流域水量平衡简化模型和汉江流域9 km×9 km的VIC分布式水文模型,并利用GCMs的输出驱动所建水文模型,预测了长江和汉江流域水资源在气候变化背景下的变化趋势。研究结果表明,对于长江和汉江流域,尽管未来气温序列预测值有所差异,但气温升高的趋势是一致的,未来降水的变化相对气温而言更复杂,趋势性不明显。基于气候模式预测信息估算的未来100 a流域水资源量变化情况基本为,前40 a左右呈逐渐减小,之后总体呈逐渐增大的趋势。 展开更多

关键词 气候变化 全球气候模式 流域水文模型 水资源演变 长江流域 汉江流域

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气候变化对元江流域水文过程的影响 被引量：3

7

作者 葛路 詹良通 江衍铭 《中国农村水利水电》 北大核心 2022年第4期41-49,56,共10页

为探讨气候变化对元江流域水文气象的可能影响,并为防洪减灾提供参考依据,本研究基于CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6)的5个GCMs(Global Climate Model)模型,通过M-BCSD(Monthly Bias-Corrected Spatial Disaggreg... 为探讨气候变化对元江流域水文气象的可能影响,并为防洪减灾提供参考依据,本研究基于CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6)的5个GCMs(Global Climate Model)模型,通过M-BCSD(Monthly Bias-Corrected Spatial Disaggregation)降尺度方法,获得元江流域2041-2100年在SSP126、SSP245、SSP370、SSP585四种路径下的月降雨和月气温,并利用交叉验证于倒传递神经网络(Back-Propagation Neural Network,BPNN)预测气候变化对流域出口断面径流的影响。研究结果表明:M-BCSD方法在元江流域适用性好;建立的BPNN可有效预测元江流域月径流;总体而言,元江流域在2041-2100年的年均降雨量、温度和径流都增加,最大增幅分别为24.6%、20.4%、10.2%,就季节尺度而言,春季径流减少而秋季径流增加,月尺度下,4月径流减少而11月径流增加;不同路径情景下未来水文气象要素变化一致,仅幅度有所差别。 展开更多

关键词 降尺度 全球气候模式 交叉验证 倒传递神经网络 径流模拟

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RCP情景下淮河上游气候及径流量变化

8

作者 杨青青 高超 +1 位作者 查芊郁 张平究 《安徽农业科学》 CAS 2020年第3期209-214,共6页

基于ISI-MIP(the inter-sectoral impact model inter-comparison project)推荐的5套"典型浓度路径"情景下的全球气候模式数据,驱动分布式水文模型SWIM模拟淮河上游王家坝水文站以上地区未来(2020-2050年)径流量,分析淮河上... 基于ISI-MIP(the inter-sectoral impact model inter-comparison project)推荐的5套"典型浓度路径"情景下的全球气候模式数据,驱动分布式水文模型SWIM模拟淮河上游王家坝水文站以上地区未来(2020-2050年)径流量,分析淮河上游气候要素及径流量变化。结果表明,未来RCP情景下,淮河上游王家坝水文站以上地区温度和降水与基准期(1986-2005年)相比均有增长,温度在RCP8.5情景下增长幅度最大,空间分布从西北到东南呈现出增加趋势;降水在RCP4.5情景下涨幅最明显,空间分布自北向南呈递减趋势。5个气候模式模拟淮河上游干流径流量和趋势时各有优劣,其中HadGEM2模式效果最优;到21世纪中期,RCP情景下淮河上游干流径流量与基准期相比呈现出上升趋势,涨幅均超过10%,RCP4.5情景下模拟径流量的年变化率及汛期径流涨幅最大。研究区未来枯水期水资源短缺现象将得到缓解但发生洪水尤其是极端洪水的可能性将加大。 展开更多

关键词 RCP情景 全球气候模式 气象要素 SWIM水文模型 径流量 变化特征 淮河上游

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基于统计降尺度的东江流域未来气候预估 被引量：2

9

作者 杜懿 《人民珠江》 2023年第3期40-50,共11页

为提高东江流域未来气候预估结果的可靠性,采用多种方法对CanESM2全球气候模式输出的气温和降水进行了统计降尺度处理。研究发现:SDSM模型和Delta方法分别对东江流域的气温和降水有着较好的降尺度模拟效果。气温上,相较于基准期(1961—2... 为提高东江流域未来气候预估结果的可靠性,采用多种方法对CanESM2全球气候模式输出的气温和降水进行了统计降尺度处理。研究发现:SDSM模型和Delta方法分别对东江流域的气温和降水有着较好的降尺度模拟效果。气温上,相较于基准期(1961—2005年),至21世纪末期(2081—2100年),东江流域的日最低气温将升高2.26℃(RCP4.5)和3.65℃(RCP8.5),日平均气温将升高2.70℃(RCP4.5)和4.69℃(RCP8.5),日最高气温将升高2.79℃(RCP4.5)和4.95℃(RCP8.5),其中以夏季和冬季的增幅最为明显;降水上,未来东江流域的年降水量将保持着增加趋势,增速分别为16.4 mm/10a(RCP2.6)、8.7 mm/10a(RCP4.5)和25.4 mm/10a(RCP8.5),且以夏、秋两季增加最为显著。整体来看,未来东江流域在汛期出现极端高温和暴雨洪灾的风险将有所提高。 展开更多

关键词 全球气候模式 统计降尺度 气温 降水 东江流域

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基于GPU的BWA序列比对算法分析与加速 被引量：2

10

作者 海玲 刘俊霞 +3 位作者 海志民 刘岩 杨嘉鹏 刘智勇 《信息技术》 2018年第3期67-72,78,共7页

文中实现了GPU平台加速的BWA-MEM算法,将BWA-MEM算法中的两个热点模块:SMEM查找和chain生成模块利用GPU平台进行加速,通过重构算法流程、精简需要向CUDA设备传输的数据结构,采用合理的任务划分方式来提升BWA-MEM在GPU平台的性能。论文对... 文中实现了GPU平台加速的BWA-MEM算法,将BWA-MEM算法中的两个热点模块:SMEM查找和chain生成模块利用GPU平台进行加速,通过重构算法流程、精简需要向CUDA设备传输的数据结构,采用合理的任务划分方式来提升BWA-MEM在GPU平台的性能。论文对BWA-MEM算法的特点进行了深入分析,总结了BWA-MEM算法在GPU平台加速效果受到限制的原因。 展开更多

关键词 全球气候模式 谱方法 图形处理器 并行计算

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2011～2050年松花江流域径流预估 被引量：1

11

作者 曾小凡 周建中 《水电能源科学》 北大核心 2010年第10期13-15,165,共4页

针对全球气候变暖难以利用水文模型评估大尺度流域径流对气候变化的响应,以松花江流域为例,基于人工神经网络模型,根据全球气候模式ECHAM5/MPI-OM在三种排放情景下对该流域2011～2050年的气候做了预估,并计算了佳木斯站流量变化。结果表... 针对全球气候变暖难以利用水文模型评估大尺度流域径流对气候变化的响应,以松花江流域为例,基于人工神经网络模型,根据全球气候模式ECHAM5/MPI-OM在三种排放情景下对该流域2011～2050年的气候做了预估,并计算了佳木斯站流量变化。结果表明,该站在三种排放情景下年平均流量的年际、年代际变化不明显、周期特征不相同、季节平均流量变化不一致。该法模拟可靠,预报精度高,可用于大流域气候变化影响评估。 展开更多

关键词 松花江流域 流域径流 预估 气候变化 人工神经网络模型 排放情景 流量变化 全球气候模式 全球气候变暖 年平均流量 年代际变化 周期特征 预报精度 影响评估 模型评估 佳木斯站 大流域 大尺度 水文 年际

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硫酸盐气溶胶对长江中下游夏季降水年代际转型的影响 被引量：3

12

作者 吴伟 李双林 +1 位作者 杨军 姚锦烽 《成都信息工程学院学报》 2011年第5期470-479,共10页

为了研究人为硫酸盐气溶胶增长对1970年代末长江中下游夏季降水年代际转型的影响,使用全球气候模式(GFDL-AM2),对硫酸盐直接气候效应进行了模拟。结果表明,硫酸盐气溶胶增长引起的降水年代际变化与观测到的降水转型有很好的时空一致性;... 为了研究人为硫酸盐气溶胶增长对1970年代末长江中下游夏季降水年代际转型的影响,使用全球气候模式(GFDL-AM2),对硫酸盐直接气候效应进行了模拟。结果表明,硫酸盐气溶胶增长引起的降水年代际变化与观测到的降水转型有很好的时空一致性;观测中包括副热带高压西伸南移、中国东部近地面异常北风等夏季风年代际减弱信号以及对应的垂直温度、上升运动分布等均能很好地被模式再现。机制上,硫酸盐气溶胶通过引起负辐射强迫,造成中国中东部的大部分地区地面到对流层中层降温,海陆热力对比减小,使东亚夏季风减弱,雨带容易在长江中下游停留,从而导致该区域降水增多。于是,硫酸盐气溶胶增多对长江中下游降水年代际转型有重要贡献。 展开更多

关键词 气候学 气溶胶与气候变化 硫酸盐气溶胶 降水年代际转型 全球气候模式

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鄱阳湖修河虬津水文站非一致性设计洪水研究 被引量：4

13

作者 吴绍飞 罗文 +2 位作者 熊凡迪 欧阳芬 黄彬彬 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期20-26,共7页

非一致性条件下设计洪水对水利工程的规划设计及防洪决策等具有重要意义。针对传统时变矩法求得每年一个非一致性设计洪水值难于直接应用到工程实际的不足,考虑影响径流的两项气象因素(降水量和气温),并结合重现期的期望超过次数概念,... 非一致性条件下设计洪水对水利工程的规划设计及防洪决策等具有重要意义。针对传统时变矩法求得每年一个非一致性设计洪水值难于直接应用到工程实际的不足,考虑影响径流的两项气象因素(降水量和气温),并结合重现期的期望超过次数概念,选取修河虬津水文站1956-2014年年最大1、3、7、15 d和1个月的洪水系列,结合大气环流模式输出的降水量、气温统计降尺度成果,推求非一致性条件下虬津水文站多时间尺度下的设计洪水流量值,并与传统的不考虑系列非一致性的设计结果进行对比。结果表明:虬津站各时间尺度洪水流量系列位置参数均存在显著的非一致性。一致性条件下设计洪水流量和以气象因子为协变量的非一致性设计洪水流量存在显著差异,RCP4.5和RCP8.5情景下,各时间尺度20和50 a重现期非一致性设计洪水流量值与一致性设计值相比分别减小了13.5%~32.6%(平均约26.4%)和15.3%~39.1%(平均约31.0%)。研究结果可为区域洪水灾害防治和洪水资源利用提供一定参考。 展开更多

关键词 设计洪水 非一致性 基于位置、尺度和形状参数的广义可加模型 重现期的期望超过次数 全球气候模式 虬津水文站 鄱阳湖修河

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基于统计降尺度的黄河源区气象极值预测 被引量：11

14

作者 王晓燕 杨涛 郝振纯 《水电能源科学》 北大核心 2011年第4期1-4,34,共5页

针对全球气候变化对水文过程及极值事件的影响,在HadCM3的A2、B2情景下,应用统计降尺度模型(SDSM)预测了黄河源区未来气温、降雨和蒸发极值的变化趋势,并讨论了模拟效果。结果表明,模型对温度极值的捕捉效果不错,但降雨和蒸发略差,尤其... 针对全球气候变化对水文过程及极值事件的影响,在HadCM3的A2、B2情景下,应用统计降尺度模型(SDSM)预测了黄河源区未来气温、降雨和蒸发极值的变化趋势,并讨论了模拟效果。结果表明,模型对温度极值的捕捉效果不错,但降雨和蒸发略差,尤其是降水量、蒸发量较大的夏秋季。多数降水极值指标的变化趋势能成功模拟,而对量的捕捉能力是随指标变化的,黄河源区未来不同季节平均气温、蒸发的平均值、极值均呈增加趋势,最大持续干旱日显著减少,极端降雨强度在春秋季节大幅增加。这些变化将对高原寒区的水文及生态环境带来积极影响。 展开更多

关键词 气候变化 全球气候耦合模式 统计降尺度 气象极值事件 SDSM 情景预测

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基于CMIP5的中国西北地区暖湿化演变研究 被引量：9

15

作者 杜懿 王大刚 祝金鑫 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第5期61-69,77,共10页

为了解中国西北地区历史与未来时期的气候演变趋势,以CMFD再分析数据集及CMIP5全球气候模式输出数据为基础,从时空维度详细分析了西北地区历史气候的演变特征并对区域未来气候发展进行了预估。结果表明:1979-2018年西北地区的气温、降... 为了解中国西北地区历史与未来时期的气候演变趋势,以CMFD再分析数据集及CMIP5全球气候模式输出数据为基础,从时空维度详细分析了西北地区历史气候的演变特征并对区域未来气候发展进行了预估。结果表明:1979-2018年西北地区的气温、降水量以及近地面空气比湿均呈现出明显的增加趋势,且未来极有可能继续增加;此外,降水量在年内的分配过程越趋均匀化,且降水结构在2001年左右发生了较大突变。整体来看,西北地区的历史气候演变显示出高度的暖湿化倾向。未来情景下,西北地区的气候将继续朝暖湿化方向发展,同时降水量的年内分配不均匀性也将进一步减小,且在RCP8.5排放情景下表现的更为突出。本研究可为西北地区气候变化的影响评估提供参考,同时也为水利、农业、气象和生态等部门的决策提供科学依据。 展开更多

关键词 气候演变 暖湿化 全球气候模式 降水集中度 基尼系数 西北地区

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基于GCM模型的塔里木河流域未来径流变化研究 被引量：1

16

作者 师于杰 《水资源开发与管理》 2020年第5期7-15,共9页

为研究塔里木河流域未来降水、气温变化以及径流的响应,本文提出了GCM下RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种情景与分布式水文模型SWAT相对接的研究方案。采用气候模式输出的降水、气温等资料作为SWAT模型输入数据,分析了未来2020—2050年流域... 为研究塔里木河流域未来降水、气温变化以及径流的响应,本文提出了GCM下RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5三种情景与分布式水文模型SWAT相对接的研究方案。采用气候模式输出的降水、气温等资料作为SWAT模型输入数据,分析了未来2020—2050年流域降水、气温与径流变化规律。结果表明:在RCP2.6情景下,各子流域降水大多表现为增加趋势,在RCP4.5情景下降水表现出减少趋势,在RCP8.5情景下降水趋势性不明显;在不同RCP情景下,各子流域温度均呈现明显上升趋势,且升温情况随着RCP情景对应辐射强迫的增加而增加;2020—2050年,阿克苏河与和田河年径流增加明显,且增加量从RCP2.6情景到RCP8.5情景逐渐增大,叶尔羌河年径流存在一定增加,但幅度并不显著;开都河年径流变化不大;塔里木河上游三源流径流在未来均呈现明显丰水状态;开都河径流呈现丰枯交替现象。研究结果可为流域水资源规划和管理提供重要参考。 展开更多

关键词 全球气候模式 SWAT 年径流 塔里木河流域

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