Impacts of climate change on surface hydrology in the source region of the Yellow River

Abstract: Popular Abstract in Swedish Nästan 35% av den totala avrinningen i Gula floden härstammar från dess källområde och vattenförsörjningen nedströms är därför beroende av de rådande förhållandena i detta område. Minskad vattenföring i floden på grund av klimatförändringar förväntas leda till negativa konsekvenser för de 110 miljoner invånarna i avrinningsområdet och problem uppstår för såväl jordbruket som vattenförsörjningen av hushåll och industri. Denna studie behandlar därför klimatförändringars påverkan på källregionens ytvattenhydrologi. Målsättningen är att resultatet ska kunna användas för vattenresursplanering och bättre hantering av vattenresurserna i Gula flodens avrinningsområde. Hydroklimatiska trender och variationer i klimatologi under de senaste 50 åren undersöktes för att identifiera förändringar över tid och rum. Analysen pekar på en årlig ökning i medeltemperatur över hela området och under de senaste decenniet har ökningen eskalerat. Förändringar i den årliga medelnederbörden varierade mellan stationerna, och generellt kunde en viss minskning ses. Årsflödet i floden har minskat påtagligt, allra mest sedan 1990-talet, men under de senaste åren har det synts tecken på en återgång mot högre flöden. En tydlig förändring av temperaturentrenden identifierades för 1998 och en liknande trendförändring av vattenflödet för 1990. Utifrån en säsongsanalys av vattenflödet kan sägas att en minskning har inträffat av nederbörden under sommarmonsunen (juli till september) samtidigt som medeltemperaturen har ökat för årets alla månader. På grund av den försvagade monsunen har medelavrinningen minskat med 0.74 mm/år över hela källregionen. Utöver detta kunde en statistiskt fastställd periodicitet av områdets medelnederbörd och temperatur på 2 till 4 år konstateras. En ännu tydligare 8-årsperiodicitet för vattenflödet var uppenbar från slutet av 1960-talet till början av 1990-talet. För en fördjupad förståelse av förändringarna i vattenflödet har hydroklimatiska trender och kopplingar mellan olika delavrinningsområden undersökts. Nederbörden under sommarmånaderna (juni till september) motsvara i Gula flodens källregion för ungefär 70% av den årliga avrinningen och är därför av stor betydelse för vattentillgången och därmed kommer de minskade flödena under monsunen att medföra vattenbrist för befolkningen i området. Därför har förändringarna av källregionens sommarnederbörd från 1961 till 2010 analyserats och satts i förhållande till jordens havsytvattentemperaturer, likaså till det kopplade systemet som beskrivs av Southern Oscillation Index (SOI). Nederbörden uppvisar en tydligt minskande gradient, från sydväst till nordöst, på grund av den försvagade sommarmonsunen. En uppdelning av regionen i tre områden med homogen nederbörd visar på en tydlig areell variation. Det nordvästra området (zon 1) hade en svagt ökande trend, medan mittendelen och området i sydöst (zon 2 och zon 3), där mest nederbörd faller, hade en statistiskt fastställd minskande trend. Hela regionens sommarnederbörd har visat på en statistiskt fastställd omvänd korrelation till yttemperatur i centrala Indiska oceanen med en fördröjning på 0-4 månader, och liknande relation till yttemperaturen i södra Indiska oceanen och Atlanten, med en fördröjning på 5-8 månader. Analyser av delområden visar på komplexa samband med olika havsområdens yttemperaturer som kan ytterligare förklara variationer i nederbörden. En korrelation konstaterades mellan sommarnederbörden i källregionen och SOI med en fördröjning på 0-2 månader. El Niño-Southern Oscillation (ENSO) påverkar sommarnederbörden i källregionen, och en övervägande omvänd korrelation tyder på att högre yttemperaturer i ekvatoriella Indiska oceanen under El Niño sammanfaller med mindre nederbörd i Gula floden källregion. Kopplingar mellan nederbörden i Gula floden källregion och andra kända globalt kopplade system har identifierats, för att kunna förutsäga sommarnederbörden med hjälp av dessa samband. Nederbörden är kopplad till den Nordatlantiska oscillationen, West Pacific Pattern, och ENSO, samt en omvänd relation till Polar Eurasian Pattern. Prognoserna för källregionens sommarnederbörd utifrån dessa samband är överlag bra och korrelationen mellan prognosen och den observerade nederbörden var generellt större än 0.6. En delvis modifierad nederbörds-avrinningsmodell (Xinanjiangmodellen) applicerades på Gula flodens källregion för att undersöka relationen mellan nederbörd och avrinning. Den potentiella evapotranspirationen i modellen beräknades med Blaney-Criddle-metoden och Monte Carlo-simulering användes för att optimera känsliga parametrar. Pearson-korrelationskoefficienten mellan observerad och simulerad avrinningen var upp till 0.87 under kalibrering och upp till 0.85 för validering. Således gav Xinanjiang-modellen generellt bra simulering av relationen mellan nederbörd och avrinning. Xinanjiang-modellen kan därför vara ett lämpligt verktyg för framtida vattenresurshantering rörande avrinningssimulering och översvämningsprognoser i Gula Flodens källregion.