2.2 气候变化对流域水文循环系统影响分析

2.2.1 气候变化对水文循环影响机理分析

水文循环是联系地球系统“地圈—生物圈—大气圈”的纽带，也是多环节的庞大动态系统。在太阳辐射和地球引力的作用下，水在水圈内各组成部分之间持续运动变化，陆面及海洋中的水蒸发入大气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地表，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋，由此构成全球范围的水文循环。其中，海洋和陆地之间的水交换为大循环，仅在局部地区（陆地或海洋）范围内进行的水循环为小循环。

水文循环是气候系统的重要组成部分，既受气候系统的制约，又对气候系统进行反馈。在全球变暖的背景下，气候系统通过降水、气温、日照、风、相对湿度等因子直接或间接地影响着水循环过程，其影响主要包括直接和间接两种方式。其中，直接影响是指由大气环流变化所引起的降水时空分布、强度和总量的变化，雨带的迁移以及气温、空气湿度、风速的变化等；间接影响主要来自陆面过程，包括地表反照率、土地利用、粗糙度、界面水汽交换以及土壤水热特性的变化等。由此，气候系统通过直接影响和间接影响两个方面引起蒸发、下渗、径流等水文因子在不同时空尺度发生一系列变化，改变水资源在时间和空间上的分配状况。

2.2.2 气候变化对降水影响分析

降水是气候系统的输出，也是气候变化影响水文循环的直接因子。在全球变暖背景下，水文循环过程和大气环流加速，降水量的变化和变率进一步加剧，空间分布发生改变，且年际与年内的变化也相应增大，致使降水变化的不确定性进一步增加，同时水文气象极端事件（如极端干旱、暴雨洪涝等）发生的概率、强度与历时也呈现上升趋势。

自20世纪初以来，全球陆地降水总体呈上升趋势，平均增幅约2%，但降水的时空变化存在较大差异。其中，北半球中高纬度地区降水增长趋势显著，增幅达5%～10%，副热带地区平均降水量约减少3%，热带地区陆地降水量约增长2%～3%；南半球陆地降水总体仍呈上升趋势，增幅约2%～3%，其中副热带地区约减少3%，而非洲北部以及南美洲沙漠地区的减少则更为显著。

根据《气候变化国家评估报告》，近100年来我国降水量呈现出明显的年际和年代振荡以及区域性变化，但总体趋势性变化并不明显。从降水量时间分布来看，20世纪初期和30—50年代，年降水量偏多，20年代和60—80年代偏少，近20年降水呈增加趋势。从降水量的季节变化来看，春季和秋季变化较显著，分别增加20.6mm和减少27.3mm。从降水量的空间分布区域变化来看，我国东北东部、华北中南部和山东半岛、四川盆地以及青藏高原部分地区出现不同程度的下降趋势。其中，山东半岛负趋势特别显著，海河、黄河、辽河和淮河流域年降水量减少显著，而全国其他区域的年降水量呈现增加趋势，其中长江下游、华南、东南地区以及西部内陆河显著增加。

2.2.3 气候变化对蒸散发影响分析

蒸散发过程是全球水循环过程的重要纽带，是流域水文过程与植被生态过程的重要联系，也是水陆表面水量和热量平衡的关键因素和气候系统动态平衡中的关键环节。在全球水循环中，陆面蒸发量占陆面降水量的67%，是地表径流量的两倍，并且蒸发和蒸腾作用也是太阳辐射的主要消耗者，蒸发的变化将对全球水分与能量循环产生重大影响。

在全球变暖的背景下，蒸散发的变化主要受能量供给条件、水汽输送条件与蒸发介质的供水能力等三方面因素影响。一般认为，温度上升和日照的增加对蒸散发的变化起主导作用，造成蒸散发量增加。然而，在过去50年间，全球大部分地区蒸发皿蒸发量保持持续下降态势，由此“蒸发悖论”现象（evaporation paradox）被发现和提出。目前，“蒸发悖论”已经在全球大部分地区的观测资料中得到验证，但个别地区也有特例。关于气候变化对于水循环中蒸散发的影响以及“蒸发悖论”的机理，但国内外学者仍存在许多争议。根据目前的研究成果，由大气中云量和气溶胶含量增加而引起的太阳辐射量下降（也称全球变暗，global dimming）是蒸发皿蒸发量与潜在蒸发量下降的主要原因，但在不同的地区有不同的体现。Brutsaert等（1998年）通过能量平衡的推导说明了蒸发皿蒸发下降意味着陆面蒸发增加，解释了在全球气候变暖情况下蒸发皿实测水面蒸发能力反而下降这一“蒸发悖反”现象。

近50年来，我国蒸发皿蒸发量呈明显下降趋势。其中，湿润区减少速率最显著，达27.9mm/10年，半干旱半湿润区次之，为17.6mm/10年，干旱区最小，为5.5mm/10年。不同季节的分析表明，夏季减少速率最显著，为16.2mm/10年，其次为春季，为9.7mm/10年，秋冬两季减少速率较小，分别为4.6mm/10年和1.8mm/10年。造成中国蒸发皿蒸发量减少的主要影响因子是热力因子—气温日较差和动力因子—平均风速。

2.2.4 气候变化对径流影响分析

径流是地球水文循环过程中的核心环节，对区域地理环境和生态系统有重要的作用，其形成过程受气候和下垫面等多种自然地理因素共同影响。其中，气候变化对径流的影响主要体现在三方面：首先，降水在形式、总量、强度、过程以及在空间分布上的变化均会对河川径流产生影响；第二，由气温升高所引起的冰川融雪的加剧也会影响径流的时空分布；第三，由温度、风、湿度等气候因素变化所引起的蒸散发条件的变化也同样会引起径流的变化。

目前，全球范围内的区域径流变化存在较大不确定性。其中，大部分地区的径流量表现为明显减少趋势，如我国淮河以北的大部地区、澳大利亚南部地区、非洲南部地区、欧洲南部地区、南美洲的南部地区以及北美的西部地区等。同时，部分地区的径流呈现增加趋势，如南美洲南部部分流域、北美洲中南部地区、澳大利亚北部地区等。此外，径流量的季节变化表现显著，如冬季气温升高将造成大部分降水以雨水形式降落，使得冬季径流量增加，而夏季径流量则呈现减少趋势。

近50年来，我国主要流域实测径流量总体呈下降趋势。其中，海河流域下降幅度最为显著，全流域1980年以来的径流量与1980年以前相比减少了40%～70%；黄河流域年径流量也在减少，其下游花园口以下地区自1960年来断流22次。此外，辽河和西北内陆诸河径流量下降最为显著；淮河中下游地区、珠江、长江上游、东南诸河也有不同程度的小幅下降；松花江流域变化较为平缓；而长江中下游、淮河上游、西南诸河和嫩江则呈弱上升趋势。