【论文精选】109:未来气候变化对河流排放和地下水补给的影响:以越南胡志明市为例

文摘   2023-05-07 18:20   甘肃  
摘要:本研究利用土壤和水评估工具(SWAT)仔细研究了气候变化(CC)对越南胡志明市(HCMC)河流排放和地下水补给(GWR)的影响。利用校准的SWAT模拟预测气候情景下的排放和GWR,依赖于耦合模型比较项目第6阶段(CMIP6)在三个共享社会经济路径(SSP)下衍生的七个一般环流模型(GCM),包括SSP1-2.6,SSP2-4.5和SSP5-8.5。结果表明:‍
① 在CC影响下,预计在2030年代(2021-2045年)的近期内,未来流量将从0.1%增至4.5%,在2055年代中期(2046年-2070年),未来流量会从8.1%增至11.6%。
② 在三种单一共享情景下,未来流量将会从7.7%增至19.6%。此外,GWR预计在近期、中期和远期分别有0.9–4.9%、5.3–7.9%和5.7–13.5%的上升趋势。
③ 21世纪HCMC的气候更加温暖和湿润,此外,与SSP情景和CMIP6 GCM相关的排放量和GWR预测的不确定性相当大。

1.研究区域

     研究区域位于东乃河流域的下游部分。HCMC的气候为热带季风,雨季为5月至10月(约占年总降雨量的80-85%),旱季为11月至4月。2010-2018年,年降雨量在2000至2700毫米之间,年平均气温在28.5至28.8°C之间波动。Dong Nai河下游流域在HCMC社会经济发展的生活、农业、工业和服务用水方面发挥着至关重要的作用。



2. 数据与方法

2.1 SWAT模型


     本研究应用SWAT模型来仔细研究CC对HCMC水文过程的影响。在SWAT模型中,使用平衡方程再现了流域的水文过程通过土壤蓄水,包括降雨、地表径流、蒸散、渗水和地下水或基流。分别使用土壤保持服务-曲线数(SCS-CN)和可变蓄水系数方法估计了与地表径流生成和河道走向有关的水文过程。



2.2 气候预测:变化因子降尺度技术


     根据三个SSP下的七个CMIP6 GCM输出,即SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5,创建了研究区域的未来气候预测。

① SSP1-2.6表示标称辐射强迫水平为2.6 W/㎡的“极限为2°C的可持续性”情景。

② SSP2-4.5表示标称辐射强制水平为4.5 W/㎡的‘中间’情景。

③SSP5-8.5表示“化石燃料开发”情景,到2100年,称辐射强迫水平为8.5W/㎡。

3. 结果讨论

3.1  SWAT有效性评估

     根据1981-2000年历史时期的实测排放数据评估了研究区域校准SWAT模型的有效性。


     在Phuoc Long和Ta Lai流量计中,SWAT在验证持续时间内的有效性似乎比在校准持续时间内更好,这可归因于在2005年使用土地使用/土地覆盖类型进行校准和验证。

     由于本研究中未计算的水电大坝和水库的影响,Phuoc Long和Ta Pao水位计在验证持续时间内的SWAT有效性低于校准持续时间内。

     根据Moriasi等人提供的效率标准,Phuoc Long、Phuoc Hoa和Ta Lai流量表的NSE、R2和Pbias值被评为非常好,其校准和验证持续时间令人满意。


3.2 降雨与温度的预测

     显示了HCMC中月降雨量、最高温度(Tmax)和最低温度(Tmin)的预计变化,使用了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下表2中列出的七个CMIP6 GCM的总体平均值。

①  在不久的将来,根据SSP1-2.6,年降雨量预计将增加3.3%,根据SSP2-4.5,年降雨量增加5.9%,根据SSP5-8.5,年降雨量将增加4.9%。

  关于未来中期,根据SSP1-2.6,年降雨量预计将有2.4%的增长趋势,根据SSP2-4.5,年降雨量将有4.8%的增长趋势。

  在不久的将来,SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5下的年降雨量可能分别增加0.6、7.4和12.6%。


     与历史基准期(1986–2010)相比,SSP1-2.6下的年Tmax预计将上升0.73、1.10和1.16°C,而SSP1-2.6的年Tmin预计在近期、中期和远期分别上升0.84、1.20和1.27°C。

     根据SSP2-4.5,Tmax预计将在近期、中期和远期分别上升0.85、1.44和1.88°C,Tmin预计将分别上升0.93、1.56和2.09°C。‍

     根据SSP5-8.5,预计Tmax在2030年代有0.91°C、2055年代有1.86°C和2080年代有3.13°C的增长趋势,而Tmin在2030年代会有0.99°C、2055年代有2.08°C和2080年代有3.54°C的上升趋势。

     总体而言,预计年Tmin的上升幅度大于年Tmax的上升幅度。就季节变化而言,湿季Tmax和旱季Tmin的预计上升幅度通常大于旱季Tmax和湿季Tmin的预测上升幅度。据预测,在21世纪所有SSP情景下,旱季都有增加的趋势。


3.3气候变化(CC)对河流流量和地下水补给(GWR)的影响


  根据SSP1-2.6,年流量预计将增长4.5-9.8%,根据SSP2-4.5,年流量将增长1.8-13.0%,根据SSP 5-8.5,年流量增长0.1-19.6%

  在雨季,SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5情景下分别为0.219.3%

  在旱季,预计在SSP1-2.6SSP2-4.5SSP5-8.5下,流量将分别呈6.112.6%1.66.7%1.516.5%的增长趋势。


① 根据SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5,预计年全球升温潜能值将分别增长4.8-5.9%、2.8-8.8%和0.9-13.5%。

② 就季节变化而言,根据SSP1-2.6,湿季节性全球升温潜能值预计将上升4.4-6.0%,根据SSP2-4.5,上升3.1-10.0%,以及根据SSP5-8.5,上升1.1-13.4%。季节性全球变暖潜能值预计变化SSP2-4.5下的-2.4–0.5%,SSP5-8.5下为-1.7-15.1%。

3.4 排放量和全球升温潜能值预测的不确定性分析

     本研究检查了与CMIP6全球气候变化模型和SSP情景的使用有关的未来排放量和世界升温潜能值的预测差异。‍

 预计近期Tmax和Tmin的上升幅度分别约为0.91–1.01和0.96–1.06°C,中期1.21–2.41和1.39–1.73°C,远期1.36–4.26和1.52至4.43°C。

  年降雨量、流量和全球变暖率的上升幅度在近期分别为0.5至4.0%、0.4至6.8%和1.4至5.2%,在中期分别为1.2至11.0%、0.1至19.3%和1.4到13.1%,在远期分别为1.9至5.7%、0.6至9.6%和0.3至7.5%。一般来说,不同SSP情景的不确定性水平相当大。



  近期Tmax和Tmin的上升趋势分别为0.44至1.11和0.55至1.36°C,中期为0.61至1.96和1.01至2.11°C,远期为0.81至2.69和1.28至2.97°C。

  预计降雨量、流量和全球变暖率的变化范围为-9.5%至11.8%、-21.9%至19.4%,20世纪30年代为-15.2%至15.2%、-6.2至16.5%、-15.7%至30.3%。

  在2055年期间为-11.1%至20.5%、-1.2至24.1%,-5.1至46.0%。

  在2080年代分别为-2.9%至29.2%。一般来说,与不同CMIP6 GCM相关的不确定性水平很大。


4.  总结‍


①  研究结果表明,21世纪HCMC的气候更加温暖和湿润。

  具体而言,预计年Tmax和Tmin将从0.73℃增加到3.13℃,0.84℃增加到3.54℃,年降雨量将从0.6%增加到12.6%。

  在CC的影响下,预计近期未来流量和GWQ将从0.1%增加到4.5%,从0.9%增加到4.9%,中期将从8.1%增加到11.6%,从5.3%增加到7.9%,在遥远的未来时期分别为7.7%至19.6%和5.7%至13.5%。

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