DOI 10.12006/j.issn.1673-1719.2018.168秦鹏程 , 刘敏 , 杜良敏 , 等 . 气候变化对长江上游径流影响预估 [J]. 气候变化研究进展 , 2019, 15 4 405-415Qin P C, Liu M, Du L M, et al. Climate change impacts on runoff in the upper Yangtze River basin [J]. Climate Change Research, 2019, 15 4 405-415气候变化对长江上游径流影响预估秦鹏程1，刘 敏1，杜良敏1，许红梅2，刘绿柳2，肖 潺21 武汉区域气候中心，武汉 430074；2 中国气象局国家气候中心，北京 100081气候变化研究进展第 15 卷 第 4 期 2019 年 7 月 CLIMATE CHANGE RESEARCHVol. 15 No. 4July 2019摘 要 利用第五次国际耦合模式比较计划 CMIP5中 5 个气候模式在 3 种典型浓度路径 RCPs 下的预估结果驱动SWAT 水文模型，预估了 21 世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。结果表明预估的长江上游平均气温呈显著上升趋势， 21 世纪末较当前 1986 2005 年升高 1.5 ～ 5.5℃，降水总体呈增加趋势，在 21世纪 30 年代后高于当前气候平均值， 21 世纪末相对于当前增加 5 ～ 15。流域内气候变化存在明显空间差异，金沙江和岷沱江流域气温升高和降水增加幅度均大于流域平均值。预估的长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势，在 21 世纪 30 年代后高于当前多年平均值， 21 世纪中期增加 4 ～ 8， 21 世纪末增加 10 ～ 15。预估的径流年内分布的均匀性有所增加，但年际变化明显增大，极端旱涝事件的频率和强度明显增加。预估的各子流域径流变化对气候变化的响应也存在差异，金沙江和岷沱江流域年径流量、年际变化和年内分布变化小，对气候变化的响应表现为低敏感；嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流径流增加幅度大，同时极端丰枯出现的频率和程度增加显著，是气候变化响应的敏感区域。关键词 气候变化；径流；长江上游； SWAT 模型收稿日期 2018-11-28； 修回日期 2018-12-24资助项目 国家重点研发计划（ SQ2018YFE010367, 2016YFE0102400, 2018YFC1508001；湖北省气象局科技发展基金重点项目 2018Z06；中国气象局气候变化专项 CCSF201911作者简介 秦鹏程，男，高级工程师， ；刘敏 通信作者 ，女，研究员， 引 言长江上游流域水量充沛且地势落差大，水能资源蕴藏量极其丰富，是我国水电开发的重要基地[1]。同时，因汛期降水集中，上下游洪峰叠加，又可对中下游流域造成严重洪涝灾害[2]。因此，明确上游流域水资源和极端径流分布特征及其变化趋势，对科学制订防洪兴利调度计划、充分利用水资源和保障防洪安全具有重要意义。在气候变化和人类活动的共同影响下，长江上游径流已经发生了显著变化。自宜昌站有观测记录的 120 年来，年最小径流、平均径流分别减小了6、 8[3]，近 20 年来上游来水持续偏枯[4]，与此同时，径流的年内分布整体呈平均化趋势[5]。夏军等[6]、王艳君等[7]对长江上游各子流域近 50 年径流趋势的分析显示，除金沙江流域外，其他子流域径流均呈减少趋势。研究表明，在百年尺度上，径流变化主要受气候变化影响，人类活动主要对径流气候变化研究进展 2019 年406气候变化影响的年内分布产生影响[8]，但近 30 年来随着上游大型水利工程的修建以及用水需求的增加，人类活动对年径流量的影响也在增大[9]。一些研究也开展了未来气候变化对长江上游寸滩、三峡和宜昌站径流的影响预估，曹丽娟等[10]、 Wang 等[11]研究了在IPCC SRES 排放情景下，长江上游水资源的时空分布特征，结果显示由于预估流域降水减少，未来径流相对于当前时段将下降。 Su 等[12]利用第五次国际耦合模式比较计划 CMIP5的 5 个气候模式，研究了不同典型浓度路径 RCPs 下长江上游径流的变化，发现在 21 世纪年径流、汛期最高径流以及日径流峰随着预估降水的增加均将有所增加。Birkinshaw 等[13]采用 CMIP5 的 78 组气候模式结果研究显示在 RCP8.5 下， 2041 2070 年三峡上游降水增加 4.1，但由于气温升高导致蒸散量明显增加，三峡水库来水仍将减少 11.1。可见，温室气体排放情景、气候模式以及评估模型水文模型的不确定性，对未来气候变化及其对水资源的影响预估还存在较大的不确定性。与此同时，以往研究主要集中在长江上游水资源总量方面，有关不同子流域水资源空间分布变化的研究较少[11]。根据水电开发规划，未来长江上游规划建设的水库将是当前库容的 1 倍[14]，因气候变化引起的水资源量变化将对未来水库的建设开发和预期效益带来较大的不确定性。此外，长江上游大部分水库属于季节性调节水库，径流季节分布以及极端径流的变化对防洪调度和水库综合效益的发挥也会产生重要影响。本研究利用 3 种典型浓度路径下 5 个气候模式预估结果驱动水文模型，预估长江上游气候变化影响下年径流量、季节分配以及极端径流特征的变化，以期为上游水电开发和防洪规划提供科学依据。1 数据与方法1.1 研究区长江发源于青藏高原的唐古拉山脉，其中宜昌以上为上游位于 90 13′ ～ 111 30′ E, 24 37′ ～ 35 54′ N，流域面积约 100 万 km2（图1，海拔高度介于 200 ～ 6500 m，流域年降水量723 ～ 1134 mm，年平均气温 8.6 ～ 16.8℃，年径流量约 4000 亿 m3[4, 9]。受东亚季风、南亚季风以及青藏高原地形影响，气候和水文特性具有明显的季节变化。汛期 4 9 月集中了 80 的年降水量和70 的年径流量，且多暴雨和洪涝灾害，枯季降水、径流比重较小。长江上游可分为金沙江、岷沱江、嘉陵江、乌江、长江上游干流区间等五大子流域，径流量占上游总径流量的比例依次为 32.8、22.7、 16.1、 11.3、 17.0[4]。图 1 长江上游流域及控制性水文站Fig. 1 Location of the upper Yangtze River basin and main hydrological stations100˚E90˚E 95˚E 105˚E 110˚E100˚E90˚E 95˚E 105˚E 110˚E36˚N33˚N30˚N27˚N24˚N36˚N33˚N30˚N27˚N24˚N0 ～ 500500 ～ 10001000 ～ 15001500 ～ 20002000 ～ 25002500 ～ 30003000 ～ 35003500 ～ 40004000 ～ 50005000 ～ 6500高程 /m水文控制站1.2 模型和数据本研究中气候变化对径流量的影响通过 SWAT模型[15]进行模拟。 SWAT 是由美国农业部农业研究中心开发的具有较强物理基础的半分布式流域水文模型，模型以数字高程模型 DEM 为基础，按照特定的集水区阈值将研究区划分为若干个子流域，再根据不同的土地利用、土壤类型和坡度特征将各子流域进一步划分出水文响应单元 HRU，产流过程以 HRU 为基本单位进行模拟并汇总到子流域出口，最后通过河网汇总到流域总出口，能够客观反映气候和下垫面因子的空间不均匀性对水文过程的影响，并可用于长时间尺度的模拟。长江上游地形复杂，位于金沙江以上的源区海拔高，气候寒冷，分布有大面积的雪山冰川，冰雪积累与消融对流域水文过程具有重要影响[16]。SWAT 模型采用基于度日因子的温度指标法对融雪径流过程进行模拟[17]，由于缺少相关观测资料，本研究采用默认的融雪模拟方法和参数。考虑到基4 期 407秦鹏程，等气候变化对长江上游径流影响预估于模式数据驱动 SWAT 资料的可获取程度，本研究对蒸散发的模拟采用 Hargreaves 方法，所需资料为最高气温和最低气温。模型所需的 DEM 和土地利用类型数据由资源环境数据云平台提供①，空间分辨率为 1 km1 km 分辨率，其中土地利用类型为 2015 年遥感监测数据。土壤数据来自世界土壤数据库 HWSD v1.2②。长江上游水库众多，并有更大规模水库在建或拟建，水库管理显著改变了天然径流的时空分配[18]，考虑到梯级水库调度的复杂性以及资料收集的困难，本研究在 SWAT 工程创建中未考虑上游水库的影响，并采用还原后的天然径流数据进行模型的率定和检验。天然径流数据来自长江水利委员会，是基于水量平衡原理，将测站断面以上跨流域引水、水库调蓄、工业和生活用水、农业灌溉耗水等加上断面实测径流获得的还原径流，包括长江上游 6 个主要控制性水文站（屏山、高场、北碚、武隆、寸滩、宜昌） 2000 2015 年逐月数据。其中，屏山为金沙江流域的控制性水文站，高场为岷沱江流域的控制性水文站，北碚为嘉陵江流域的控制性水文站，武隆为乌江流域的控制性水文站，宜昌为长江上游的控制性水文站。为了与水文资料匹配，利用国家气候中心1998 2015 年 0.25 0.25 格点化气象数据集CN05.1[19]驱动水文模型。该数据集是基于 2400余个中国地面气象台站观测资料经距平逼近方法插值建立。气候模式数据是由国际行业模型比较计划ISI-MIP 提供的 5 个气候模式（ GFDL-ESM2M、HaDGEM2-ES、 IPSL_CM5A_LR、 MIROC-ESM-CHEM、 NorESM1-M） 1950 2099 年数据，其中1950 2005 年为模拟回算数据， 2006 2099 年为不同情景下的预估数据。该数据基于 WATCH 再分析资料和概率分布统计偏差订正方法进行了降尺度处理[20]，空间分辨率为 0.5 0.5，本研究选择 3种典型浓度路径（ RCP2.6、 RCP4.5 和 RCP8.5）的5 个模式集合预估结果进行分析。1.3 径流模拟效果评估模型参数率定在 SWAT-CUP 中进行，利用上游 6 个控制性水文站 2000 2009 年逐月还原径流资料进行率定， 2010 2015 年逐月资料进行检验，选择确定系数 R2和 Nash-Sutcliffe 效率系数 Ens进行模拟效果评价[21-24]。 R2反映了模拟值和实测值变化趋势的一致性，其值越接近于 1，说明一致性越好。 Ens反映了模型的整体效率，其值越接近于 1，说明适用性越高，通常认为 Ens0.5 时模拟效果可以接受。1.4 气候和径流变化预估本研究以 1986 2005 年作为基准期，预估时段为 2006 2099 年。 其 中， 2020 2039 年、2050 2069 年、 2080 2099 年分别作为 21 世纪前期、中期和末期。未来气候变化利用气候模式预估的年平均气温和年降水量相对于基准期的变化来量化，对年平均气温距平和年降水变化百分率进行 20 a滑动平均，并进一步分析其变化特征。未来径流的模拟利用气候模式回算和预估数据驱动 SWAT 模型，获得对应时段模拟的逐月径流量，通过与基准期模拟的径流对比得到模拟的径流距平，并经 20 a 滑动处理后得到径流变化。采用趋势分析来量化预估径流量的长期变化特征，选择年平均径流量及其方差，月径流占年径流百分比以及Q5、 Q95 极端径流相对于基准期的变化量化分析水文过程对气候变化的响应，其中 Q5、 Q95 分别代表研究时段内月平均径流量序列中有 5、 95的径流量超过该值，分别体现丰水极值和枯水极值的特征。2 结果与分析2.1 SWAT 模型率定与检验图 2 是率定和验证阶段长江上游主要控制性水① http// http//www.fao.org/land-water/databases-and-software/ hwsd/en/。气候变化研究进展 2019 年408气候变化影响文站逐月模拟径流与还原径流的对比，从图中可以看出，经参数率定后的 SWAT 模型能够较好地反映各子流域控制站天然径流的季节分布特征。除个别年份存在偏差外，大部分年份对汛期峰值的模拟与实测较为吻合。模型对流域枯水季节径流的模拟存在略偏低的现象，这可能是因为在率定过程中为保证总体模拟效果，汛期高流量对模拟误差评价的贡献大，而枯水季低流量对模拟误差评价的贡献小，在其他同类研究中也存在这样的现象[21, 25]。金沙江流域控制站屏山模拟径流与实测吻合较好，且与其他子流域率定效果无明显差异，表明 SWAT模型对长江上游融雪过程的模拟误差较小，与基于能量平衡法模拟融雪过程的 VIC 模型模拟效果相比也较为接近[25]。总体上，模型在研究区域具有较高的模拟精度 表 1 ，率定阶段各子流域 Ens介于 0.85 ～ 0.89， R2介于 0.87 ～ 0.91，验证阶段Ens 介于 0.81 ～ 0.91， R2介于 0.88 ～ 0.92，且率定阶段和验证阶段没有明显差异，表明经率定后的SWAT 模型可以用于研究区域气候变化影响的径流模拟和评估。2.2 预估的长江上游气候变化相对于基准期，未来长江上游流域平均气温呈明显升高趋势 图 3a ，其中 RCP2.6 下升高幅度最小，且在 2040 年代后升温幅度逐渐稳定在 1.5℃左右； RCP4.5 下在 2060 年代后升温幅度变缓，逐渐稳定在 2.5℃左右， RCP8.5 下气温持续升高，至21 世纪末升高 5.5℃左右。不同气候模式对气温升高的预估存在一定的不确定性，以 RCP8.5 下预估的不确定性最大，其次是 RCP4.5， RCP2.6 下预估的不确定性最小。同时，随着时间的推移不确定性均增加。预估未来降水总体呈增加趋势 图 3b ，但在 2030 年代前较基准期有微弱的减小，在 2050年代以前 RCP2.6 和 RCP4.5 下预估的降水增加幅度大于 RCP8.5， 2050 年代后 RCP8.5 下预估的增加幅度略高于 RCP4.5，而 RCP2.6 下预估的增加幅度逐渐放缓并出现较大波动。与气温变化相比，降水增加幅度变缓的时间偏晚，且不同情景下预估的降水增加幅度差异较小。长江上游不同区域预估的增温和降水变化幅度并不一致，预估增温幅度最大的区域位于金沙江上游高原寒区和岷沱江流域，较流域内中下游平原地区增温幅度偏高 0.5 ～ 1.0℃图 3c 。预估的降水增加幅度最大的区域也位于金沙江上游及岷沱江流域部分区域，金沙江下游部分区域、嘉陵江流域部分区域及乌江流域部分区域降水增幅较小，乌江流域降水变化的空间分布差异最大 图 3d 。2.3 预估的长江上游径流变化2.3.1 年径流量图 4 为长江上游各子流域未来不同情景下年径流量变化趋势，从图中可以看出，各子流域未来年径流量均呈增加趋势，且大部分子流域在2030 年代之后相对于基准期有所增加，嘉陵江流2000 2002150002004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 年率定期 验证期 观测值 模拟值屏山高场北 碚武隆寸滩宜昌流量/m3/s10000500075002500040002000004000030000200001000030000100002000600050000100005000图 2 各水文站率定期和验证期逐月模拟径流与还原径流的比较Fig. 2 Comparison of monthly simulated and natural flow at each hydrological station during calibration and validation periods表 1 各水文站率定期和验证期径流模拟效果评价结果Table 1 uation indices in the calibration and validation periods for each hydrological station水文站屏山高场北碚武隆寸滩宜昌Ens R20.860.850.850.860.890.87率定期 验证期Ens R4 期 409秦鹏程，等气候变化对长江上游径流影响预估域约在 2050 年代后相对于基准期有所增加，这与预估降水的变化趋势基本一致。长江上游年径流量在 21 世纪中期增加 4 ～ 8， 21 世纪末增加10 ～ 15，其中金沙江流域、岷沱江流域增加幅度接近全流域平均值，上游干流区间增加幅度较全流域平均值高 2 ～ 5，嘉陵江流域和乌江流域在 21 世纪中期增加幅度较全流域平均值低，其中在 RCP4.5 下 21 世纪中期有阶段性的下降趋势。各气候模式预估的径流变化趋势存在一定的差异，尤其是长江上游中部的嘉陵江流域、乌江流域和上游干流区间不同气候模式间预估结果差异最大，说明预估结果存在较大的不确定性，而各气候模式对金沙江流域、上游干流区间以及长江上游径流总量的预估在 21 世纪中叶以后呈一致性的增加趋势，表明 21 世纪中后期上述流域径流较当前增加具有较高的信度。尽管预估的径流量总体呈增加趋势，但其年际间变化较基准期明显增大表 2 ， 21 世纪前期年际间方差增加 5 ～ 25， 21 世纪中期增加30 ～ 50， 21 世纪末期增加 10 ～ 60，不同情景比较以 RCP4.5 下方差增加幅度最大。径流年际变化的增大，将导致旱涝等极端水文事件发生频率增加，不利于流域生态环境的稳定以及水资源的开发利用。2.3.2 季节径流量分配气候变化导致流域年平均径流增加的同时，各月平均径流均有增加趋势 图略 ，但不同季节增幅存在差异，相应的径流量在年内的时间分布也发生了变化。图 5 为不同情景下未来典型时段各月径流占年径流百分比相对于基准期的变化，从图中可以看出，枯水期 12 月至次年 4 月因径流量占年径流量比重小，相对于基准期变化较小，5 11 月径流量占年径流量的比例相对于基准期有4左右的变化，其中 9月径流百分比有明显增加，4 6 月径流百分比总体有微弱增加， 7 8 月径流百分比则有下降趋势，表明未来气候变化情景下径流量年内分布的集中程度有所下降，这将更有利于水电资源的优化配置。各子流域以嘉陵江流域、乌江流域变化幅度最大，其次是长江上游干流和岷沱江流域，金沙江流域径流年内分配变化图 3 3 种情景下预估的 2006 2099 年长江上游流域年平均气温和降水量变化趋势 a,b 和空间分布 c,dFig. 3 Projected trends a, b and spatial patterns c, d in changes of annual temperature and annual precipitation over the upper Yangtze River basin for 2006-2099 based on 5 GCMs under 3 RCPs relative to 1986-2005, the same below2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 年 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 年100˚E95˚E 105˚E 110˚E34˚N32˚N30˚N28˚N26˚N100˚E95˚E 105˚E 110˚E100˚E95˚E 105˚E 110˚E100˚E95˚E 105˚E 110˚E34˚N32˚N30˚N28˚N26˚N20100-1086420降水变化/平均气温变化/℃RCP2.6RCP4.5RCP8.5RCP2.6RCP4.5RCP8.5acbd1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 ℃ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 注基准期为 1986 2005 年，下同；空间分布 c,d为 3 种情景下 2006 2099 年平均。气候变化研究进展 2019 年410气候变化影响较小。在 RCP2.6 下以 21 世纪前期变化幅度最大，RCP4.5 下 21 世纪中期变化幅度最大， RCP8.5 下21 世纪末变化幅度最大。2.3.3 极端径流量根据长江上游水资源管理和水库调度的一般规程，将一个水文年划分为汛期（ 6 8 月、蓄水期（ 9 11 月）和枯水期（ 12 月至次年 5 月） 3 个阶段，分别对不同情景下 3 个阶段未来极端径流的变化分析表明 图 6 ），相对于基准期，未来汛期 Q5 丰水极值在 21 世纪前期除金沙江流域有一致性增加趋势外，其他子流域有微弱下降或增加趋势，在 21世纪中期以后各子流域有普遍增加的趋势，预示着汛期洪涝的频率和强度将有明显增加。未来各子流域蓄水期 Q5 丰水极值在 21 世纪均有增加趋势，表明未来蓄水期的洪水风险可能增加。未来各子流域 Q95枯水极值的变化具有明显差异，嘉陵江流域、图 4 不同情景下长江上游及各子流域年径流量变化趋势Fig. 4 Projected changes in ensemble annual mean flow for each sub-basin of upper Yangtze River under 3 RCPs for 5 GCMs2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 年 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 年60400-2020径流变化/RCP2.6 RCP4.5 RCP8.5a 金沙江流域c 嘉陵江流域b 岷沱江流域d 乌江流域e 长江上游干流 f 长江上游 60400-2020径流变化/60400-2020径流变化/60400-2020径流变化/60400-2020径流变化/60400-2020径流变化/乌江流域和长江上游干流汛期和蓄水期 Q95 枯水极值有明显减小趋势，且变化幅度较大；嘉陵江流域、乌江流域枯水期 Q95枯水极值有明显减小趋势，上述子流域极端干旱的频率和强度将增加。金沙江流域、岷沱江流域及长江上游 Q95 枯水极值总体有微弱增加趋势。不同情景下极端径流的变化幅度以 RCP8.5 下最大，其次是 RCP4.5， RCP2.6 下变化幅度最小。3 结论与讨论未来长江上游平均气温呈显著上升趋势， 21世纪末较当前（ 1986 2005 年）升高 1.5 ～ 5.5℃，降水总体呈增加趋势，在 21 世纪 30 年代后高于当前时段多年平均值， 21 世纪末相对于当前时段增加 5 ～ 15，流域内气候变化存在明显的空间差4 期 411秦鹏程，等气候变化对长江上游径流影响预估表 2 3 种情景下长江上游及各子流域年径流均值和方差变化百分率Table 2 Projected percentage changes in ensemble annual mean flow and its standard deviation for each basin of upper Yangtze River under 3 RCPs for 5 GCMs流域注括号内数值为 5 个模式的预估范围。RCP2.6均值 / 方差 /金沙江流域岷沱江流域嘉陵江流域乌江流域长江上游干流长江上游时段均值 / 方差 / 均值 / 方差 /RCP4.5 RCP8.52020 2039 年2050 2069 年2080 2099 年2020 2039 年2050 2069 年2080 2099 年2020 2039 年2050 2069 年2080 2099 年2020 2039 年2050 2069 年2080 2099 年2020 2039 年2050 2069 年2080 2099 年2020 2039 年2050 2069 年2080 2099 年5.60.6,10.77.90.8,11.97.9-0.4,13.3-0.8-13.2,9.44.9-0.6,8.66.74.0,8.6-7.2-17.7,5.62.1-3.8,6.05.9-5.6,17.92.2-12.6,15.711.7-3.3,36.27.8-3.6,30.31.0-11.3,10.29.13.8,21.711.52.7,30.21.0-6.2,8.37.01.8,12.18.03.4,16.031.28.0,57.232.4-13.0,76.113.7-7.9,54.716.5-12.0,60.028.36.7,61.70.6-26.3,34.212.5-2.2,41.422.4-6.7,55.25.3-18.7,19.5-4.7-31.9,11.023.1-10.3,79.9-1.0-14.5,16.515.8-21.4,43.644.814.0,93.614.1-17.9,42.719.5-21.6,59.643.7-0.4,79.913.7-15.8,40.90.7-7.3,4.76.81.2,13.512.29.0,17.7-0.9-8.9,3.03.7-5.6,12.58.33.3,14.0-3.7-10.9,5.2-0.4-7.0,8.410.3-6.3,21.60.7-7.1,10.0-0.3-4.9,12.917.54.0,43.92.2-3.7,7.75.10.0,12.715.05.5,34.40.1-4.9,5.03.92.0,8.112.27.3,19.125.05.1,59.135.3-7.1,71.349.131.6,91.616.5-19.9,40.020.5-18.8,46.650.223.9,84.919.90.3,37.728.37.7,86.737.124.8,50.24.2-21.5,45.4-4.3-52.5,39.339.1-1.9,69.223.8-10.8,64.333.2-30.4,102.252.128.7,71.827.9-7.5,55.830.8-36.0,80.066.539.6,121.4-1.9-4.4,2.49.37.3,11.015.67.0,24.1-4.1-11.9,4.64.70.9,11.214.73.2,22.3-7.2-13.9,15.47.1-5.2,23.813.1-6.9,35.50.8-12.9,15.66.9-10.8,27.813.1-14.9,52.5-0.8-12.9,10.710.02.8,24.718.83.9,58.7-2.7-8.3,5.27.84.5,12.115.33.6,32.328.9-1.6,68.846.05.0,59.544.627.1,81.423.8-2.9,59.843.123.6,54.939.39.3,75.118.3-4.0,51.845.318.7,79.219.24.7,43.65.0-34.4,37.116.8-19.0,50.338.5-38.4,87.216.9-24.6,51.847.925.2,73.353.3-21.7,95.622.3-0.2,49.154.323.5,79.652.8-14.7,101.1图 5 不同情景下长江上游各月径流占年径流百分比的变化Fig. 5 Projected ensemble mean changes in proportion of monthly runoff in annual runoff for sub-basins of upper Yangtze River under 3 RCPs for 5 GCMs1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月0变化/-4840-4840-4840-4840-4840-484变化/变化/变化/变化/变化/RCP2.6 RCP4.5 RCP8.52020 2039 年 2050 2069 年 2080 2099 年金沙江流域岷沱江流域嘉陵江流域乌江流域长江上游干流长 江 上 游 气候变化研究进展 2019 年412气候变化影响图 6 不同情景下长江上游各子流域汛期 a、蓄水期 b 和枯水期 c Q95 枯水极值及 Q5 丰水极值相对变化Fig. 6 Projected ensemble mean percentage changes in Q95 and Q5 flow for sub-basins of upper Yangtze River during flood season a, storage season b and dry season c under 3 RCPs for 5 GCMsRCP2.6 RCP4.5RCP8.52020 2039 年 2050 2069 年 2080 2099 年金沙江流域 岷沱江流域 嘉陵江流域乌江流域长江上游干流长 江 上 游 0极端径流变化/-50100500-50100500-50100500-50100500-50100500-50100500-50100500-50100500-5010050极端径流变化/极端径流变化/RCP2.6 RCP4.5RCP8.5RCP2.6 RCP4.5RCP8.5a 汛期b 蓄水期c 枯水期Q95 Q5金沙江流域 岷沱江流域 嘉陵江流域乌江流域长江上游干流长 江 上 游 413秦鹏程，等气候变化对长江上游径流影响预估4 期 异，以上游金沙江、岷沱江流域气候变化幅度最大，且各模式具有较高的一致性，其他区域变化幅度接近流域平均，但各模式预估结果具有较大差异。在气候变化影响下，未来长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势，在 21 世纪中期增加4 ～ 8， 21 世纪末增加 10 ～ 15，其中春季和秋季增加幅度较夏季明显，春秋季径流占年内径流的百分比有所提高，夏季径流百分比有所下降，年内径流分布的均匀性有所增加。但径流量的年际变化明显增大，极端旱涝事件的频率和强度明显增加。各子流域径流变化对气候变化的响应存在差异，尽管金沙江、岷沱江流域气温和降水的变化幅度最大，但径流总量、年际变化和年内分布变化相对较小，对气候变化的响应表现为低敏感；流域中部嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流预估径流的增加幅度相对较大，同时极端丰枯出现的频率和程度也显著增加，是气候变化响应最敏感的区域，这可能与各子流域产流过程特点有关。本研究对长江上游子流域径流总量及其季节分配变化的研究印证和补充了以往研究结果和不足。相关研究[12, 25]均显示长江上游未来径流量总体有增加趋势，同时极端旱涝出现的频率和强度亦有增加。 Chen 等[25]研究显示，在全球增温 1.5℃下（ RCP2.6 下 2020 2039 年，长江上游寸滩以上流域年径流量将减少 2.3，全球增温 2.0 ℃下（ RCP4.5 下 2040 2059 年）年径流量将增加 1；本研究预估长江上游宜昌以上流域在 21 世纪初年径流量相对于基准期有所减少， 21 世纪中期以后有所增加，但预估结果较 Chen 等[25]略高，即在相同情景和相近时段内年径流量分别增加 1.0 和3.9。本研究显示，在 RCP4.5 下 21 世纪中期流域水文过程变化的趋势与其他情景下呈现出不同的规律，因此，有必要对各情景下 21 世纪多个典型时段的变化趋势进行分析以获得更加全面的结论。Chen 等[25]预估结果显示， RCP4.5 下 21 世纪中期秋季径流变化趋势与其他季节不同，并呈减少趋势，本研究预估结果显示在 3 种情景下，秋季径流变化趋势与其他季节基本一致，且因秋季增加幅度大，在年内径流的比重有升高趋势。由于秋季是长江上游水利设施蓄水的关键阶段，有关秋季径流的演变特征对水资源管理和开发利用至关重要，相关不确定性和变化趋势尚需加强研究。基于气候模式和水文模型开展气候变化对水文过程的影响评估是量化气候变化对行业影响的重要手段，但是由于模型对物理过程的简化，以及在参数化过程中引入的误差，导致评估结果存在较大的不确定性[12, 22, 26-27]。研究显示，气候变化对水文过程影响评估最大的不确定性来源是气候模式，其次是温室气体排放情景，水文模型的不确定性相对较小[12, 25-26]。为此，本研究选择了 IPCC 第五次评估报告推荐的典型浓度路径中的低、中、高 3 种情景，能够反映未来不同减排策略下的辐射强迫程度，同时采用 CMIP5 广泛使用的 5 个气候模式结果，其对研究区域气温、降水的预估结果存在较大的跨度，可以为水资源的评估提供一个较大的不确定性范围以供参考[28-29]。本研究仅使用了 1 个水文模型（ SWAT，据 Chen 等[25]在相同研究区域基于SWAT、 VIC 和 HBV 3 个水文模型的研究显示， 3个模型间年径流量模拟结果平均误差在 5 以内，且 SWAT 模拟结果接近 3 个模型的平均值，因此水文模型对本研究结果的不确定性影响较小。参考文献胡玉厚 , 邱忠恩 , 陈明华 . 长江上游水资源开发与中下游经济、社会、环境发展的关系 [J]. 人民长江 , 1993, 24 6 12-16. Hu Y H, Qiu Z E, Chen M H. Relationship between water resources development in the upper reaches and economic, social and environmental development in the middle and lower reaches of the Yangtze River [J]. Yangtze River, 1993, 24 6 12-16 in Chinese丁毅 , 傅巧