Page 33 - 2022年第53卷第3期

响。通过将模拟结果与历史观测结果进行比较，验证了模型模拟精度。结果表明该模型能够很好地
捕捉气温和降水的空间分布特征，对气温的模拟性能更好。采用 ERA 和 MPI 两种侧边界条件进行历
史期模拟分析，结果表明两组数据的降水模拟结果与观测值都存在一定偏差，尤其是在山区，这与
模型本身存在系统误差有关。在以往的一些研究中，RegCM4 倾向于在山区模拟产生更多的降水 ［45］ 。
从图 3 也能观察到相似的情况，在天山、祁连山以及昆仑山可以看到明显的雨带，然而与实际观测相
比，山区降水均存在明显高估，尤其在夏季。同时，观测数据存在的不确定性同样有可能对模型精
度验证造成影响。观测站通常建在低海拔地区，而高海拔山区观测站点较少，因此可能缺少山区降
水的观测数据。此外，高分辨率的模拟结果有助于分析降水概率分布以及气候的空间异质性，然而
本次模拟试验的分辨率为 50 km，能够捕捉到区域气候明显的时空变化特征，但对于细微变化的刻画
能力不足。MPI-ESM-MR 模式的动力降尺度预估结果表明，与 1971—2000 年相比，2021—2050 年西
北多数地区呈暖湿趋势，这与西北气候变化相关研究成果基本一致 ［7-8，46］ 。但不同的全球气候模式、
区域气候模型、研究时期以及排放情景可能会对未来气候变化的评估带来较大不确定性，进而对西
部调水气候效应评估结果造成影响 ［47］ 。在试验设计方面，研究区的选择主要确定为适宜灌溉自流的
低海拔地区，且仅设置单一的草类植被类型，并没有考虑植被类型的多样化。对外调水的利用方式
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仅考虑了农业灌溉，未考虑“取-用-耗-排”等人工取用水过程。600 亿 m 调水量的设置是基于目前国
内有关西部调水设想中代表性方案对“五江一河”水源的匡算结果进行确定，对于西部调水的实际最
大可调水量目前依然存在较大争议，且尚未得到科学论证。因此，本研究仅为特定模式、情景、方
法以及调水量下的西部调水长期气候数值模拟研究。

5 结论

本文以区域气候模式 RegCM4 中 CLM3.5 陆面方案为基础修改地表净雨的表达形式来描述区域外
调水的大面积灌溉活动。在 MPI-ESM-MR 模式两种典型浓度路径预估的 2021—2050 年气候变化情景
下，对西北地区大面积调水灌溉可能造成的区域气候效应进行了研究，并进行了气候效应的成因分
析。主要研究结论如下：
（1）RegCM4 中采用 Emanuel积云对流方案与 CLM3.5 陆面方案对西北地区气温、降水具有良好的模
拟能力。整体而言，该组合方案对气温的模拟能力优于降水，对夏季气温和降水的模拟能力优于冬季。
（2）在 RCP4.5 和 RCP8.5 情景下，未来 2021—2050 年西北地区气候暖湿趋势明显，冬季升温趋势
较夏季升温趋势更为显著，大部分地区以 0.01 ~ 0.015 ℃·a 的速率上升。夏季降水在天山、祁连
-1
山、昆仑山周边有较大增加，降水增幅较大地区达到 0.3 mm·d 以上，冬季无明显变化。研究区全年
-1
平均气温升高约 1.5 ~ 1.6 ℃，降水增加约 0.02 ~ 0.04 mm·d 。
-1
（3）研究发现每年持续进行 600 亿 m 调水灌溉会对局地气候产生一定影响。基于本研究的灌溉方
3
案使得研究区地表潜热增加，夏季地温降低约 2 ℃。地表与近地层空气间能量的交换使得夏季气温降
低约 1.5 ℃，灌溉冷却效应明显。伴随着气温的改变，降水也发生了相应变化，天山、祁连山以及昆
-1
仑山等地区对流性降水增多，夏季降水增幅 0.5 ~ 1 mm·d 。
就本研究试验来看，利用区域外调水大面积灌溉会降低地表温度，增加西北地区降水，可在一
定程度上缓解干旱少雨状态。山区降水对该地区的灌溉活动具有较高的敏感性，西北地区径流补给
很大程度来源于山区，山区降水变化对自然生态系统有着直接的影响，甚至决定着当地社会经济的
发展潜力。由于大面积灌溉活动的气候效应机理十分复杂，本研究仅进行了未来气候变化背景下区
域气温和降水要素的分析和成因初探。未来可进一步剖析西部调水对区域气候的影响机理，完善灌
溉在区域气候模型中的描述，耦合“取-用-耗-排”等社会水循环过程，设置不同绿洲农业发展区，结
合 CMIP6 气候变化预估成果，开展全球气候变化与人类取用水活动影响下西北调水气候效应研究，
并基于不同气候情况和调水规模，模拟评价区域气候效应。
（本文插图审图号：GS（2021）7574 号）

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