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气候模式中等混合气候模式复杂气候模式全球大气环流模式全球海洋环流模式区域大气模式（全球大气耦合海洋环流和海冰模式）区域海洋模式海冰模式陆地生物圈模式全球气候模型气候模式是对地球气候系统的简单数学表达，是建立在用数学方程表示的物理定律基础之上，采用全球三维格点来进行求解得到的。简单气候模式2.降尺度方法研究综述降尺度方法分类•动力降尺度•统计降尺度•回归方法•环流分型技术•天气发生器动力降尺度法统计降尺度法优点1）物理意义明确，可以实时模拟区域气候特征2）可应用于任何地方和任意分辨率3）有时可直接把RCM的输出作为水文模型的输入1）可纠正GCM的系统误差,较少考虑GCM边界条件2）计算量小，节省机时3）能把GCM信息降到站点尺度上4）适用范围广，可用于气温、降水、开花期、水生态系统、热岛指数等的研究缺点1）计算量大、费机时，和运行GCM差不多2）受GCM提供的边界条件影响很大,有时显得不太灵活3）不能无限提高RCM的分辨率4）有时RCM或者LAM的产品还需要再降尺度1）需要足够长的观测资料来建立统计模型2）不能应用于大尺度气候要素与区域气候要素相关不明显的地区3）若未来气候变化，则现阶段的假设条件将不可用动力和统计降尺度方法比较统计降尺度方法基本假设：1)局地尺度的参数都是天气强迫的函数；2)用来获得降尺度联系的GCM在其所在的尺度上是有效的；3)在温室气体强迫下，获得的联系依然是有效的。回归方法环流分型技术天气发生器概念在大尺度气候变量和局地变量之间通过回归等技术建立的一种定量的（非）线性关系把特定的大气状况与局地天气变量相联系，对与区域气候变化相关的大尺度大气环流进行分类以大尺度气候状况为条件，拟合气候要素的观测值，得到统计模型的拟合参数，然后用该模型生成气候要素的随机时间序列使用步骤1、确定大尺度预报器G，它控制着局地参数L2、在L和G之间找到一种统计关系3、用独立资料验证这个关系的有效性4、若该关系被确定，则可以使用GCM资料来做估计1、把大气环流形势分类，分成有限数目的类型2、通过使用随机模型来模拟天气类型3、使用条件概率，把降雨发生的可能性与天气类型相联系4、使用天气类型模拟降雨和/或其他水文气象过程1、使用日降雨资料来确定每天状态的概率2、使用指数（或其他）分布来匹配和估计在下雨天的降雨量3、作出其他天气变量（温度、辐等）以干或湿天为条件的条件概率优点简单，计算量小基于有限历史数据集，有可能在单点生成任意多天数的日降雨序列能生成任意长度的时间序列，能产生气候平均值，也可以任意调整气候变率缺点需要非常长的观测序列天气分类方案在某种程度上是狭隘的和/或主观的，需要更加普适性的分类系统。依赖于GCM预报的降雨变化特征不可靠分类1、线性方法，如多元线性回归，逐步线性回归，典型相关分析奇异值分解(SVD)等2、非线性方法，如人工神经网络1、主观分型技术，如Lamb分型和Grosswetterlagen分型等2、客观分型技术，如主成分分析(PCA)、CCA、ANN和基于模糊规则的分类方法(fuzzyrules)等统计降尺度方法分类降水是水文模型的关键输入量之一，在气候变化对水资源影响研究中扮演重要角色。存在的问题：降水的降尺度效果存在较大差异针对水资源响应评估的降尺度方法研究不足将统计降尺度方法应用到气候变化对水资源影响评估的成果较少国内起步较晚，方法较单一2.降尺度方法研究综述3、方法原理大尺度天气发生器WGEN，多元回归法REGRES，多元回归与天气发生器相耦合的SDSM方法。3.1大尺度天气发生器WGEN在水文学研究中，由于历史资料长度的限制，需要生成人工的水文或者天气时间序列以方便研究和比较。一个简单灵活而又切实可行的方法就是天气发生器，该方法在洪涝或者干旱的水资源评价研究，以及水资源系统的发展和管理中是大有用途的。该方法最早由RichardC.W.于1981年提出，假设降水符合一阶Markov链的Gamma分布：即当天是否下雨只和前一天的状态有关，湿天的降水量符合Gamma分布。3、方法原理3.1大尺度天气发生器WGEN但是，天气发生器是一种完全基于统计的方法，该模型自身并不研究降水和不同气候因子（比如温度、风和气团来源）之间的联系，所以，这种模型并不能从物理上解释不同降水现象的特点。3、方法原理3.2多元回归法REGRES这部分体现了一阶Markov链效应，而且降水的形式以指数形式表达，预报更加合理.SDSM模型性能优越，使用简单，其应用越来越广泛。然而，这种方法在中国的应用却非常少。在SDSM模型中，大尺度预报因子被用作局地天气发生器的参数，以条件化降水是否发生，并反映湿天降水量大小的随机变化.3、方法原理3.3多元回归与天气发生器相耦合的SDSM方法SDSM方法基于一种多元回归和随机天气发生器相耦合的原理，是目前应用较为广泛的一个统计降尺度方法。该方法预报量有降水、温度、云量、风速、辐射、蒸发等，考虑的预报因子有涡度、气流强度、风向、北大西洋涛动指数NAOI、海表面温度季节异常指数SST等。1999年，Wilbyetal在做日降水和最高/最低温度的降尺度时，回归方程考虑了迟滞一阶自回归项，3、方法原理3.3多元回归与天气发生器相耦合的SDSM方法第十九章水资源系统对气候变化的敏感性与脆弱性分析我国水资源系统面临两个主要的压力，一是来自众多的人口，二是来自频繁的洪涝、干旱及水资源短缺，叠加上气候变化与变异对水资源的可能影响，对于目前水污染及供需矛盾日益加剧，抗御洪旱灾害能力较低的我国水资源系统而言，无疑又是一个重要的附加的胁迫因素。水资源系统对气候变化的脆弱性是指气候变化对水资源系统可能造成损害的程度。它是两个因素的函数，一是水资源系统对气候变化的敏感性；二是水资源系统对气候变化的适应性。敏感性反映的是水文循环的自然属性适应性反映的是社会经济的综合实科学技术以及管理水平等综合属性如果一个水资源系统对气候变化较敏感，但适应能力强，则气候变化对它造成的损害较小，该水资源系统对气候变化不脆弱。如果水资源系统对气候变得敏感，且适应能力差，则该系统遭受的损失大，对气候变化脆弱。因此，研究气候变化对水资源和水循环的影响，要从水资源系统对气候变化的敏感性与适应性入手，给出水资源系统受气候变化影响的基本状况。一、水资源系统对气候变化的敏感性水资源系统对气候变化及变异的敏感性是指位于某气候区、某种集水面积上的年、月径流量及洪涝、干旱对气候变化的响应程度，由于降水、气温、风速等气候要素与地表径流、土壤水及基流间的非线性关系，因此在不同气候区或不同下垫面条件下，同样的气候变化情景往往对水文要素产生不同的影响。气候变化既包括气候均值的变化，也包括由气候均值变化引起的气候极端事件——气候变异的变化。流域水文模型，从而得到不同流域的年、月径流的响应值，依照响应值大小判断径流对气候变化的敏感程度。一、水资源系统对气候变化的敏感性对气候均值变化的敏感性研究有两种方法一种是利用事先给定的降水、气温变化幅度作为未来可能的气候变化情景另一种是用大气环流模型输出(GCM)值，当大气温室气体浓度增加一倍时的降水、气温变化值作为气候变化情景，将它们分别叠加在位于不同气候区的流域的降水、气温长系列观测值上，用此变化了的降水、气温系列值输入我国主要江河年径流对给定气候情景的敏感性增幅见表。从该表可以看到，我国淮河及其以北径流对暖干气候变化十分敏感。当气温增加1℃，即使降水不变，淮河以北年径流将减少8％-12％，而长江以南仅减少3％-4％，如果气温增加1℃，同时降水减少10％，则径流将减少33％-48％。根据平衡的GCM，给出的气候情景Δt：1-1.4℃，ΔP／P：-3-+6℃，淮河以北的年径流变幅为-16％-+17％，长江以南为-8％-+8％。一、水资源系统对气候变化的敏感性一、水资源系统对气候变化的敏感性叠加，在出口断面可产生超出百年一遇的洪水。对于某一流域、同样的降水总量可有多种组合的时空分布及降水强度，显然很难用假想的气候变异情景研究洪水及干旱对其响应的程度，而目前的高分辨率的区域气候模型尚不能满足洪峰流量，峰现时间及洪水总量所要求的降水时间、空间分辨率。一、水资源系统对气候变化的敏感性水资源系统对气候极值变异的敏感性洪涝、干旱等极端水文事件对气候异常的敏感性研究要比年、月径流的敏感性研究复杂得多。因为洪水对气候异常的敏感性不仅依赖于降水总量，还依赖于降水的时空分布及降水强度，而干旱对气候异常的敏感性则取决于少雨、高温的持续时间。往往有这种情况，降水总量、强度及降水范围并不大，如20-30年一遇，然而由于雨洪的不断遭遇，或干支流洪水的水资源系统对气候极值变异的敏感性借助我国对洪涝、干旱发生的地区分布规律研究可以看到，我国东部易发生洪涝的七大江河的中下游以及易发生干旱的松辽及黄淮海平原，黄土高原、云贵高原、四川盆地东部及广东湛江等地区是洪、旱对气候变异最敏感的主要地区(虽然不是全部)。长系列的水文气候资料分析表明，淮河及其以北，无论在暖湿期或暖干期，洪涝、干旱极端事件的发生都是不可忽略的，虽然暖湿期洪涝发生的频率大于干旱；暖干期干旱发生的频率大于洪涝。长江及其以南洪涝发生在冷湿期，干旱发生在暖干期。近50年实测表明，长江干支流洪涝发生的频率有增加的趋势，而淮河及其以北则有干旱增加的趋势。一、水资源系统对气候变化的敏感性水资源系统对气候变化的适应性是指水资源系统的实践、运行或其结构对预测的或实际的气候变化所产生的影响进行可能调整的程度，这种调整可以是自发的、无意识的，也可以是自觉的、有计划的，既可以是在无预料的情况在被动适应，也可以是对未来的变化在事先预测到的情况下有准备地主动去适应。二、水资源系统对气候变化的适应性对于无管理的天然淡水系统，它对气候的适应是自发的、无意识的。对于管理的水资源系统，依赖于管理并对客观事物变化规律的认识水平以及利益的驱动所采取的适应可能是短期的，经不起长远的全局性利益的考验，甚至是一种错误的行为而达不到预期的效果。水资源系统对气候的适应能力，除了水利工程本身的坚固性、灵活性、可恢复性等属性外，还与它们可承受的气候变量值的范围(或称闭值)以及周边影响其适应能力的诸多环境因素以及社会经济发展及人口等因子有关。二、水资源系统对气候变化的适应性对洪水的适应能力水库黄、淮、海、辽四个流域水库对径流的控制能力较高，流域总库容与年径流总量之比大于0.60，而长江及珠江仅为0.12左右。由于汛期径流占年径流的80％以上，防洪库容对汛期年平均洪水径流量的控制能力较小，全国仅为13％左右。另外在全国8万多座水库中，有1／3老化失修，带病运行。二、水资源系统对气候变化的适应性堤防我国大江大河主要河道的堤防标准普遍较低。最高的黄河也仅为60年一遇，大部分仅10-20年一遇。二、水资源系统对气候变化的适应性对洪水的适应能力分蓄滞洪区我国人均耕地仅0.08hm2，淮河、长江、珠江及东南沿海地区仅0.04-0.07hm2。为了生存，大量的分洪区、河道滩地、湖泊洼地被围垦不仅大大降低了河道的排洪和湖洼对洪水的调蓄能力，而且到了紧急关头，难以启用或无法下决心启用分蓄洪区。自1949年以来因围垦,长江中下游湖泊面积减少50％，湖北省减少61％，洞庭湖减少40％，鄱阳湖减少22％。长江流域湖泊调蓄洪水容积减少300亿m3；淮河流域的湖洼调蓄能力下降70％。二、水资源系统对气候变化的适应性对洪水的适应能力水土保持近年来大江大河上中游地区无节制的毁林开荒、毁草开荒，山区开矿修路等加剧了水土流失、生态环境恶化及河湖泥沙淤积。据统计，我国水土流失面积约367万km2，占国土总面积的38.2％，其中水力侵蚀面积179万km2，风力侵蚀面积188万km2。水土流失降低了我国大江河对洪水的适应能力。二、水资源系统对气候变化的适应性对干旱的适应能力以我国主要省、市(区)1949-1990年平均干旱成灾面积及成灾率(成灾面积／受灾面积)来表达对干旱的适应能力。从对各地区的数据进行分析来看，除北方地区占有较大的比重外，南方的四川、湖南、湖北、贵州、江苏和广东、