1.3　研究内容和思路

1.3.1　研究内容　

本书在前人相关研究工作的基础上，首次将目前广泛应用于气候变化归因分析领域的基于指纹的归因方法应用到流域尺度水资源演变研究中，系统总结、提出变化环境下流域水资源演变的归因方法，定量区分气候系统的自然变异、温室气体排放导致的气候变化和人类活动等因素对流域水资源演变的贡献；综合考虑未来气候及区域高强度人类活动等环境条件的变化，对流域未来水资源情势进行预估。具体研究内容包括以下几个方面：

（1）变化环境下流域水资源演变的归因方法。在全球气候变暖和区域高强度人类活动等环境变化条件下，将基于指纹的归因方法应用于流域尺度水资源演变的归因研究，综合运用气候模式、分布式水文模型和降尺度模型，系统总结、提出变化环境下流域水资源演变的归因方法。

（2）统计降尺度模型。将国际上应用较普遍且使用效果较好的统计降尺度模型SDSM（Statistical Down-Scaling Model）应用到海河流域，经率定和验证后，对气候模式输出的降水和温度数据进行空间降尺度。

（3）天气发生器。采用中国气象局国家气候中心（Beijing Climate Center of China Meteorological Administrator）和瑞典哥德堡大学地球科学中心区域气候研究小组（Regional Climate Group at the University of Gothenburg）联合开发的适用于中国广大地区的中国天气发生器BCCRCG-WG 3.00，对气候模式输出的月尺度降水和温度数据进行时间降尺度得到满足水文模型要求的日尺度数据。

（4）分布式水文模型。将能反映气候变化和区域高强度人类活动影响的分布式水文模型WEP-L（Water and Energy transfer Process in Large river basins）应用到海河流域，经率定和验证后，用于模拟水循环各分量。

（5）海河流域水资源演变分析。基于实测长系列资料（1961—2000年），从点和面两个尺度对海河流域年降水量、年平均温度以及年地表水资源量的时空演变进行分析，其中时间变化趋势采用线性回归、滑动平均、Mann-Kendall、小波分析等多种方法相结合的途径进行分析，空间变异型态采用经验正交函数法（EOF，Empirical Orthogonal Function）进行分析。

（6）变化环境下海河流域水资源演变的归因分析。应用变化环境下流域水资源演变的归因方法，通过设置不同的情景，分别对海河流域年降水量、年平均温度和年地表水资源量的演变进行归因分析，定量区分气候变化和区域人类活动等因素对上述变量演变的贡献。

（7）海河流域未来水资源演变趋势预估。考虑未来的气候、人工取用水以及下垫面等环境条件的变化，对海河流域未来的水资源情势进行预估。

1.3.2　研究思路

世界中到处存在着系统，特别是复杂系统。一般系统理论创始人贝塔朗菲说过，人们将被迫在知识的一切领域中运用整体或者系统的方式来处理复杂性问题，这将是科学思维的一个根本改造（吴彤，2005）。水资源演变问题不仅涉及天然水循环系统，还涉及人工侧支水循环系统、气候系统和社会经济系统，是一个涉及水文学、气象学、社会学、经济学和生态学等多学科交叉的系统科学问题。本书拟采用多维融贯的思维方式，对水资源演变问题进行系统研究，拟采取的技术路线如图1.1所示。

图1.1　研究技术路线

首先，变化环境下流域水资源演变归因研究的准备工作。在熟悉相关研究进展的基础上，理解掌握目前广泛应用于气候变化归因分析领域的基于指纹的归因方法，将其应用到流域尺度水资源演变研究中，制定变化环境下流域水资源演变归因的研究框架，明确研究的流程和具体的模型方法，系统总结、提出变化环境下流域水资源演变的归因方法。

其次，变化环境下流域水资源演变归因研究的开展和深入。欲进行归因分析，需先明确流域水资源的演变情况，对水资源的时空演变进行分析；之后需要确定影响水资源演变的各种因素，进而设定相应的归因情景；最后，将变化环境下流域水资源演变的归因方法应用到研究流域，进行归因分析。

第三，考虑未来不同的影响因素，对未来变化环境下流域水资源情势进行预估和分析，为流域经济社会可持续发展和水资源可持续利用提供决策支持。