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 -

Presentation on theme: "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 -"— Presentation transcript:

1 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 -

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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.

7 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。

8 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

9 非非稳定性已经出现

10 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 1961- 1986 年时段, 环线为 1987-2008 年时段, 横坐标单位均为 mm) JoHy, 2010

11 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 （ 1912-2009 ） 59 年最高水位序列 （ 1912-1979 ）

12 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

13 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

14 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

15 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） (2001-2040 相对 1961-2000) 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

16 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

17 IPCC AR4 WGII 中的影响的归因和检测

18 海平面和风暴 IPCC AR4, 2007

19 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 20102.0% 20153.8% 20204.2% 20255.2% 20306.4% 20358.4% IPCC AR4, 2007

20 滦河案例： 3 个流域分析

21 年地表径流

22 滦河流域

23 滦河流域气温与降水 99% （ + ） <90%(-) 1993

24 滦河流域年径流 99% （ - ） 1996-1997

25 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 1960-196487.56% -3.42% 1965-1969 77.71% 15.89% 1960-197975.80%9.71%

26 滦河流域径流突变： 5-10 月 1997 1991 1997 1973 1980 99%(+) 99%(-)

27 滦河水系与大型水库

28 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）

29 人类活动影响分析：归因 precipi tation observed runoff simulated runoff human- induced Total change Human activity 1960-1979 538.815 7104.8602115.04485 1980-1993 511.0065 7146.1868571488.66578571-42.47892857 -58.67 27.6% 1997-2007 494.912 18218.1615454579.41763636-61.25609091 -86.70 29.3%

30 谢 谢 ！