降水 - 径流系列稳态 - 非稳态 变化及检测与归因 姜 彤 国家气候中心 2011 年 8 月 18 日 区域气候变化检测研讨会 - 气候变化影响的检测和归因方法讨论 -
内容提要 问题的提出 降水 - 径流序列稳态规律不存在了 降水 - 径流序列的检测和归因
内容提要 问题的提出 降水 - 径流序列稳态和非稳态规律打破 降水 - 径流序列的检测和归因
20 章（ 500 页） 气候变化 的影响、适应和脆弱性（ IPCC WGII ） AR5 AR4 30 章（ 800 页） 关注生态系统、人类安全，观测到影响更综合 / 未来影响更具体, 综合运用适应和减缓 SRES 情景 RCPs-SSPs 情景应用
内容提要 问题的提出 降水 - 径流序列稳态和非稳态规律打破 降水 - 径流序列的检测和归因
平均状态变化；离差幅度变 化；平均状态与离差幅度同 时变化； 气候变化观测时间序列 Generalized Gamma probability density function 尺度参数 b, 形状参数 d, 位置参数 k Gamma distribution: d = 1 Weibull distribution: k = 1 Gamma distrib.
降水 - 径流 时间序列稳态和非稳态规律： 稳定性已不适用 研究气象 - 水文极端事件的发生规律、风险及其长期变率 特征，尤其是区域尺度上的形态特征及其概率，计算一定设计 标准的特征值，对建设各类水利水电、土木建筑等工程，对防 灾减灾和经济建设都具有重大意义 。 传统频率分析的前提条件是序列稳定性。 然而在气候变 化和人类活动双重影响下，水文气象序列在某种意义上已异于 原天然序列，其样本或其统计特性随着时间的推移已发生变化， 序列的稳定性假设可能不再成立。
降水 - 径流 时间序列稳态和非稳态规律 研究气象 - 水文极端事件 的发生规律、风险及其 长期变率特征，尤其是 区域尺度上的形态特征 及其概率，计算一定设 计标准的特征值，对建 设各类水利水电、土木 建筑等工程，对防灾减 灾和经济建设都具有重 大意义 。 Milly,SCIENCE,Feb.2008
非非稳定性已经出现
流域降水 - 径流 时间序列稳态和非稳态规律 降水量的四种分布形式： WAK 、 GPD 、 GEV 和经验 四季降水拟合的概率分布 ( 点线为 年时段, 环线为 年时段, 横坐标单位均为 mm) JoHy, 2010
流域降水 - 径流 时间序列稳态和非稳态规律 91 年最高水位序列 （ ） 59 年最高水位序列 （ ）
洪水（极端值）设计分布 （ GPD 方法） 选择珠江和淮河两个水文站 AMF, POTQ95 and POTQ99 重现期与洪水流量 JoHy, 2010
枯水设计分布 （ GPD 方法） 选择珠江和淮河两个水文站 AMinQ, AM7Q and AM30Q 重现期与枯水流量 JoHy, 2010
降水 - 径流时间序列的非稳定性需要进一步 研究，创建时间因变概率函数 旬降水分布特征分析：峰度与偏度 时间因变概率函数
年最大降水量 重现期 50 年一遇年最大降水量预估 （ Wakeby 分布函数） ( 相对 ) 周期增长 （频率减缓） 最大降水 50 年一遇. 周期减小（频率加大） 96 个站年最大降水量分析表明 70% 个站点 Wakeby 分布排序为第 1 50 年重现期年最大降水量（ Wakeby ） CC, 2011 珠江流域
内容提要 问题的提出 降水 - 径流序列稳态和非稳态规律打破 降水 - 径流序列的检测和归因
IPCC AR4 WGII 中的影响的归因和检测
海平面和风暴 IPCC AR4, 2007
经济损失与适应关系 波士顿城市地区 : Adaptation Investment – A $390 million protective infrastructure. Internal Rate Date of Return % % % % % % IPCC AR4, 2007
滦河案例： 3 个流域分析
年地表径流
滦河流域
滦河流域气温与降水 99% （ + ） <90%(-) 1993
滦河流域年径流 99% （ - ）
滦河流域 HBV 模拟结果（年径流） 效率系数相对差异 率定期验证期率定期验证期 % -3.42% % 15.89% %9.71%
滦河流域径流突变： 5-10 月 %(+) 99%(-)
滦河水系与大型水库
滦河流域面积： 44750km2 ；主要控制性水利工程有： 潘家口水库：控制面积 33700km2 （ 1980 年蓄水运用） 大黑汀水库： 35100km2 （ 1980 年蓄水运用） 桃林口水库： 5060km2 （ 1998 年竣工）
人类活动影响分析：归因 precipi tation observed runoff simulated runoff human- induced Total change Human activity % %
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