第9期 方建等:气候变化对洪水灾害影响研究进展 1089 相关分析或多元回归等方法量化各要素的贡献;降尺度各类方法的过程、特点及应用做了较为详细 第二类使用人类对径流干预较小时期的资料来率定的总结,本文不再赘述。水文过程模拟主要利用气 水文模型,再利用率定后模型模拟当期的天然径流候模式输出的结果,通过各类水文模型对降雨一径 量,所得结果与实测流量之差视为人类活动影流及河道汇流过程进行模拟,以得到预估期的径流 响;第三类利用气候模式结合水文模拟及统计检量序列,当前应用较广的水文模型有HBV,SwAT 验硏究自然气候变异及人为气候变化对径流的影ⅤC, TOPMODEL及新安江模型等。径流变化分析 响凹;第四类从“自然一人工”二元水循环模式出主要采用水文频率分析等方法分析参考期与预估期 发,构建包含人类活动要素在内的二元模型进行径的极端径流量的特征变化,多数研究采用基于极值 流综合模拟分析圓。这些尝试给极端径流变化归理论的概率拟合方法估算极端径流量的重现期 因提供了较好的参照,但应用到极端径流变化分析变化 时仍存在一定的局限性。 进入21世纪,受益于全球大气环流模式的发 4.3极端径流变化预估研究 展,极端径流预估的研究不断深入,从全球尺度到局 极端径流变化的预估研究,是在未来气候情景地流域尺度均开展了不同程度的工作(表2)。从研 模拟的基础上,通过气候模式与陆面过程模型的耦究结果来看,绝大多数硏究认为未来极端洪水流量 合,模拟预估未来极端径流量的变化。它是气候变的强度和频率均会呈现增加的趋势,但在不同模式 化对洪水影响的直接表现,其核心为气候模式与陆不同情景下存在一定的差异,预估结果在变化强度 面过程模型的耦合。当前陆表一大气间的双向耦合上仍存在较大不确定性。 还未得到真正有效的实现,多数研究仍集中于单向 综合以上分析可以看出,关于气候变化对极端 耦合。单向耦合的极端径流变化预估硏究主要包括径流的影响,当前仍未形成一致的认识。极端径流 未来气候预估、水文过程模拟和径流变化分析3个量实测资料的变化分析并未检测出一致的显著变化 过程。为解决全球气候模式与流域水文模型尺度不趋势,而多数未来气候情景下的预估硏究则给出了 匹配的问题,气候模式预估结果的空间降尺度成为洪水重现期缩短,极端径流增加的结论。这种不一 必不可少的环节。降尺度方法主要包括基于物理过致性揭示了当前研究存在的问题:一方面,在有限的 程的动力降尺度(区域气候模型)和基于经验关系实测资料中极端事件样本量少、时间序列短对趋势 的统计降尺度。 Maraur等对全球气候模式空间诊断结果有较大影响,统计显著性有待进一步检验 表2不同空间尺度不同地区未来极端径流量变化预估研究 Table 2 Change projection studies for future extreme discharge on different scales 尺度地区 气候情景预估 分分布的频东南亚南亚东亚、非洲东部存考文献 变化分析 CMIP5多个全球模式CaMa-lod汇流Gumb 全球尺度全球集合预估结果 模型 美洪水增加,欧洲东北部、北美中 45] 部洪水频率下降 全球气候模式 Had WaterGAP水资源对数P-型分布欧洲北部洪水增加最显著,南部、 欧洲CM3及 ECHAM4 OPYC3 的频率分析 东南部洪水减少 46 洲际尺度 欧洲区域气候模式1sH1O0尺度广义极值分布的频到21世纪末,除东北及南部,欧 芬兰多个全球及区域模式水文模型WSFS及Cmhd分布的频融雪型洪水减少或维持不变,局 预估结果 水力模型 TUFLOW率分析 部小流域暴雨型洪水增加 48 国家尺度 区域模式REMO和 德国CCLM及统计降尺度 sWIM生态水文 义极值分布的频不同区域模式得出的结果不 预估结果 致,甚至出现相反变化 莱茵河区域气候模式 REMO VIC大尺度水文 义极值分布的频21世纪年最大径流量存在增加 率分析 50] 域尺度 长江区域气候模式LRM大尺度汇流 长江干流极端洪涝发生的可能性 指标描述统计 降低,而汉江流域洪水的可能性 1] ResuM3预估结果模型 增大 21994-2015ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net相关分析或多元回归等方法量化各要素的贡献［40］; 第二类使用人类对径流干预较小时期的资料来率定 水文模型，再利用率定后模型模拟当期的天然径流 量，所得结果与实测流量之差视为人类活动影 响［41］; 第三类利用气候模式结合水文模拟及统计检 验研究自然气候变异及人为气候变化对径流的影 响［42］; 第四类从“自然—人工”二元水循环模式出 发，构建包含人类活动要素在内的二元模型进行径 流综合模拟分析［43］。这些尝试给极端径流变化归 因提供了较好的参照，但应用到极端径流变化分析 时仍存在一定的局限性。 4． 3 极端径流变化预估研究 极端径流变化的预估研究，是在未来气候情景 模拟的基础上，通过气候模式与陆面过程模型的耦 合，模拟预估未来极端径流量的变化。它是气候变 化对洪水影响的直接表现，其核心为气候模式与陆 面过程模型的耦合。当前陆表—大气间的双向耦合 还未得到真正有效的实现，多数研究仍集中于单向 耦合。单向耦合的极端径流变化预估研究主要包括 未来气候预估、水文过程模拟和径流变化分析 3 个 过程。为解决全球气候模式与流域水文模型尺度不 匹配的问题，气候模式预估结果的空间降尺度成为 必不可少的环节。降尺度方法主要包括基于物理过 程的动力降尺度( 区域气候模型) 和基于经验关系 的统计降尺度。Maraun 等［44］对全球气候模式空间 降尺度各类方法的过程、特点及应用做了较为详细 的总结，本文不再赘述。水文过程模拟主要利用气 候模式输出的结果，通过各类水文模型对降雨—径 流及河道汇流过程进行模拟，以得到预估期的径流 量序列，当前应用较广的水文模型有 HBV，SWAT， VIC，TOPMODEL 及新安江模型等。径流变化分析 主要采用水文频率分析等方法分析参考期与预估期 的极端径流量的特征变化，多数研究采用基于极值 理论的概率拟合方法估算极端径流量的重现期 变化。 进入 21 世纪，受益于全球大气环流模式的发 展，极端径流预估的研究不断深入，从全球尺度到局 地流域尺度均开展了不同程度的工作( 表 2) 。从研 究结果来看，绝大多数研究认为未来极端洪水流量 的强度和频率均会呈现增加的趋势，但在不同模式 不同情景下存在一定的差异，预估结果在变化强度 上仍存在较大不确定性。 综合以上分析可以看出，关于气候变化对极端 径流的影响，当前仍未形成一致的认识。极端径流 量实测资料的变化分析并未检测出一致的显著变化 趋势，而多数未来气候情景下的预估研究则给出了 洪水重现期缩短，极端径流增加的结论。这种不一 致性揭示了当前研究存在的问题: 一方面，在有限的 实测资料中极端事件样本量少、时间序列短对趋势 诊断结果有较大影响，统计显著性有待进一步检验; 表 2 不同空间尺度不同地区未来极端径流量变化预估研究 Table 2 Change projection studies for future extreme discharge on different scales 尺度 地区 气候情景预估 径流模拟 变化分析 结论 参考文献 全球尺度 全球 CMIP5 多个全球模式 集合预估结果 CaMa-Flood 汇流 模型 Gumbel 分 布 的 频 率分析 东南亚、南亚、东亚、非洲东部、南 美洪水增加，欧洲东北部、北美中 部洪水频率下降 ［45］ 洲际尺度 欧洲 全球 气 候 模 式 Had￾CM3 及 ECHAM4 / OPYC3 WaterGAP 水 资 源 模型 对 数 P-Ⅲ 型 分 布 的频率分析 欧洲北部洪水增加最显著，南部、 东南部洪水减少 ［46］ 欧洲 区 域 气 候 模 式 HIＲHAM 预估结果 LISFLOOD 大 尺 度 水文模型 广义极值分布的频 率分析 到 21 世纪末，除东北及南部，欧 洲多数河流极端流量增加 ［47］ 国家尺度 芬兰 多个全球及区域模式 预估结果 水文模型 WSFS 及 水力模型 TUFLOW Gumbel 分 布 的 频 率分析 融雪型洪水减少或维持不变，局 部小流域暴雨型洪水增加 ［48］ 德国 区域 模 式 ＲEMO 和 CCLM 及统计降尺度 预估结果 SWIM 生态水文 模型 广义极值分布的频 率分析 不同区域模式得出的结果不一 致，甚至出现相反变化 ［49］ 流域尺度 莱茵河 区域气候模式 ＲEMO 预估结果 VIC 大尺度水文 模型 广义极值分布的频 率分析 21 世纪年最大径流量存在增加 趋势 ［50］ 长江 区 域 气 候 模 式 ＲegCM3 预估结果 LＲM 大 尺 度 汇 流 模型 指标描述统计 长江干流极端洪涝发生的可能性 降低，而汉江流域洪水的可能性 增大 ［51］ 第 9 期 方 建等: 气候变化对洪水灾害影响研究进展 1089