文摘
在这项研究中,从1024年过的月度时间序列降雨和温度控制和均匀气象监测站位于选票地区(意大利北部)处理,以评估潜在的气候变化,发生在1961 - 2015年期间。正常时期基线在1961年和1990年之间(1990年代)和近期在1991年和2015年之间(2010年代)采用本研究分析可能的气候变化对水资源的影响在长期期间。根据月度和年度温度(TT),降水(PP),和潜在的(ET0),实际蒸散(AET0)和水的可用性(WA)被计算在一个非常高的空间分辨率。两个分析之间的时期,在2010年代,人们发现最高年平均温度上升了1.08°C,而最大的年平均降雨量看到一个轻微的下降(从2222毫米到2086毫米)。,降水减少更为严重的南部和西部部门区域(8%)和主要取决于发生负面变化在冬天和春天的开始(从12月到3月)。最高年平均ET0 AET0达到663毫米和565毫米的价值观在1990年代,而在2010年代,发现值是668毫米和572毫米,分别。由于降水的减少和增加ET0 AET0,佤邦(降水的比例,可在随后的渗透和径流过程的土壤表面)显示了一个减少(约10 - 20%)在整个地区,除了东北部的一部分选票的地区。年平均水资源的减少引发严重问题水资源管理在整个地区选票。
1。介绍
地表水和地下水是宝贵的资源,利用全球饮酒,农业、工业、和充满活力的目的。过被固体和液体直接充电降雨、地表水和地下水都是依赖于气候变化。后者可能导致国米和可变性intra-annual泉水和河流因为降雨总量和模式的变化和/或降雪发生在相应的补给区和汇水区。此外,温度控制的蒸散过程发生在土壤表面;因此,温度的增加或减少会导致不同的降水配额回到大气中通过植物蒸腾。
全球水资源被广泛利用评估气候变化的潜在影响地表水和地下水在不同时间段(Čenčur Curk et al ., 2014;(1]。它代表可用降水量的比例在随后的渗透和径流和土壤表面可以很容易地计算从每月的降水空间分布分析和温度数据集。
值得注意的是,选择的时期,过低的降雨或/和更高的比描述参考蒸散时期将导致赤字的水可用性。相反,提高降水数量和/或降低土壤水分蒸发蒸腾损失总量将导致过剩的水可用性。
本文的目的是评估的潜在改变选票地区水资源(意大利北部),可能发生期间1961 - 2015。
在这里,几个作者强调了在上个世纪(降水减少1- - - - - -3),主要影响冬季和春季的季节(4]。尽管这减量并不是统一的整个地区,人们已经发现更强烈的自1990年代(2,5,6]。此外,考虑到1958 - 2000年期间,Tomozeiu et al。7]证明了季节性的最小和最大温度的增加,在夏季更为明显。Antolini et al。5)证实了这一趋势也证明增加的年平均气温为0.5°C /十年期间1961 - 2010。
这些条件是在一个区域的水资源管理是非常复杂的。虽然山地地区的行业特点是降水的最高价值,广泛出露地表不透水岩石单位促进径流而不是渗透(8,9]。这意味着相对肤浅和短暂的地下水电路饲料大部分泉水和河流,和相应的排放密切关注大气水充电模式(10,11]。因此,如果长时间没有降雨,河流和春天流速可能在几个月内几乎达成零值。
河流的水文行为强烈控制低地地区的水资源管理。这里,河流改道为强化农业活动提供水,而成千上万人的水需求和工业活动是通过井(12]。这些利用多孔含水层河冲积平原的阿宝,反过来美联储的径流分散从河床(12- - - - - -14]。正如在[15),减少径流入河网络诱发消极改变这些多孔含水层的补给;后者可以因此减少水资源影响山区(16]。
因此,选票的地区经验的有几个干旱导致严重的水资源管理问题,在2003年,2006/2007,201716),当水供人类消费是限量供应和富国增加流量以满足农业用水需求。
在这项工作中,我们已经开始与一个数据集组成的每月的沉淀值和最小和最大温度得到控制和均匀的1024个气象站分布在5×5公里的领土。数据集分为参考最近的1961 - 1990和1991 - 2015年。此外,月度和年度ET0 AET0年度,年度WA计算光栅高空间分辨率的网格数据。这些指标的相对变化之间的两个时期进行评估分析。
结果代表一个起点为进一步适应措施,应该追求利益相关者负责水资源管理减少干旱的影响。
2。研究区域
选票地区延伸到43°44′到45°08年从9°11′′纬度北部和12°45′经度。海拔从2000多米海拔在南部边界约0 m a.s.l。河(Po),减少向东北。年平均降雨量超过2000毫米/年的亚平宁山脉北部和减少波河平原低于750毫米/年(17从1961年到2015年](数据)。今年降水分布的特征是一个标志着夏季和两个最大峰值最小,与主在春天秋天下跌和次要的。累计年度从每年积雪是多变的,但最主要的部分地区,冬天可达2 - 3米(18]。ET0集中在夏季,密切遵循地形从几十毫米每年600 - 650毫米/年的低地。如预期般在引言部分,流量河流和泉水降水事件的反应是迅速(几小时)因为亚平宁山脉北部的岩性特征,在粘土质材料广泛露头10,11]。低流反映降水的最小峰值发生在夏季和秋季的开始(8月、9月和10月)也蒸散和水对农业的需求是最高的。值得注意的是,农业是集中在波河平原,由许多受水区果树等作物(梨树,樱桃树、桃树和葡萄园)、小麦、甜菜、玉米,西红柿,大米,和饲料。在部分了1、水对农业生产活动的需求由河流改道和地下水抽水。此外,低地地区也是人口密集的城市,是许多陶瓷,食物,和工程行业;水需求的工业和饮酒的目的在这里保证地下水抽水。最后,应该注意的是,山区部门人口稀少而居民的总数已经稳步下降的比例自1990年代以来,随着种植地区。这里,供水取决于弹簧流速和可能遇到的问题在夏季,当人们呆在他们的度假屋居民人口的两倍8]。
3所示。材料和方法
月度数据的最大和最小的气温和降水从1024年控制和均匀气象站选票的地区(19)(补充材料2)被用来评估气候变化对水资源的影响在空间规模1961 - 2015。这些数据是可用的高空间分辨率(5公里2),适用于气候研究,包括气候指数的计算基于平均每日值和分析值在一个足够大的时间尺度是必要的。事实上,他们来自几个站的观察测量,这是处理Antolini et al。5)来验证它们之间的同质性和同步性,一致性和空间控制。可以找到更详细的统计程序采用(5]。
达尔提出的作为中保,hornstein (20.),月平均气温的时间序列计算的每月平均温度对应的最大和最小值之间。
最后一个数据集是1961 - 1990年的平均分为两个时期之后定义为1990年代和2010年代,1991 - 2015年各自的。这个选择是现在广泛使用的基线时期(1990年代),分析了未来二十年更接近目前或近期21- - - - - -23]。
年度ET0 AET0,佤邦在ArcGIS使用光栅网格数据计算。最后,每个参数的空间分布(即降水、温度、ET0 AET0,和WA)计算在ESRI GIS环境这两个时间段。
3.1。潜在蒸散(ET0)
潜在蒸散ET0被定义为水的数量将从土壤蒸发和植物蒸腾作用的如果有充足的水。在文献中有几个公式计算该参数,和最复杂的(例如,那些基于笔者的方法;参见[24)需要大量的数据。在这项研究中,我们计算年度潜在蒸散(ET0)为每个气象站使用众所周知的方法(25]。这种方法是基于月度温度数据和非常可靠的空间尺度气候和水文研究[26- - - - - -28]。这个公式表示如下: 在哪里是每月的潜在蒸散(mm);月平均温度(°C),值得注意的是,对于月平均温度< 0,设置为0;是炎热指数;是一个函数的热量指数;和阳光的纬度因素相关(表吗1)。
炎热指数获得的是
的参数是由
3.2。实际蒸散(AET0)
AET0 ET0不同数量的水实际上是删除从土壤中由于蒸发和植物蒸腾作用的过程。依赖于土壤水分供应,AET0通常低于ET0很少土壤提出了全面和持续的饱和度。
在这项工作中,我们计算后的年度AET0 Budyko提出的方法(29日]。这已被广泛应用于区域范围内确定最终的土壤水平衡指示热能是否足以引起蒸发(30.]。
该方法包括两个步骤。首先,干旱指数计算之间的比率ET0与长期内数据集和降水页:
其次,可以获得年度AET0年降水量的比例 AET0是实际的土地覆盖蒸散(毫米)和PP的总年降水量(mm)。
3.3。水可用性(WA)
如预期般在引言部分,佤邦代表了降水可用配额在随后的入渗和土壤表面径流后蒸发和植物蒸腾作用的过程。它已经被用在一些研究涉及气候变化的潜在影响的估计(Čenčur Curk et al ., 2014;(22,28]。每一段时间序列,年平均佤邦得到如下:
3.4。区域气候指标的映射
的年平均值参数页,TT, ET0空间周期时间序列的映射通过ESRI-ArcGIS(版本10.5)。详细的空间分布参数TT、PP、ET0,采用普通克里格法和AET0从地质统计学分析,包括数字高程模型在1公里2空间分辨率。通过这种方法,气候变量插值的精度更好的而不是简单的空间分析插值。它由一个观测值的统计方法的插值后的邻近点的加权平均和整体空间布置估计的价值未被注意的点(31日]。结果报道在规则的网格单元尺寸的公里2。月度和年度ET0计算,年度AET0,佤邦计算网格层上使用“栅格计算器”功能在ArcGIS的环境中。
3.5。Mann-Kendall测试
降水和温度的均匀和控制日常数据(最大和最小值)的一个子集6气象站年度规模的进一步分析,以便更好地理解气候变化的时间演化及其统计意义。累计年度降雨雪的值和年平均最小和最大温度处理的6台均匀分布在研究区(即。,Conselice北部、Reggio Emilia Vigoleno Verghereto, Bedonia, Abetone;看到红点图1)。
Mann-Kendall测试(32)应用于评估统计学意义不同的趋势。该方法是一种非参数检验,已广泛应用于水文,因为它可以让我们发现时间序列数据值(33,34]。Mann-Kendall测试的S统计值0表示没有趋势系列。在时间序列中,数据值评估,如果最近的数据更高,古老的S值指示增加一个积极的趋势。相反,如果最近的数据值低于年初的系列、S值将减少。
由Mann-Kendall统计(S) 在哪里如果 , 如果 ,和如果 。
正如上面预期的,积极的价值就越高建议一个增加的趋势,而较低的负的年代显示一个下降的趋势。零的值表明在系列没有统计上显著的趋势。
4所示。结果
4.1。TT和PP的空间数据分析指标
意味着月度和年度TT和年度PP指标分析在空间规模选票地区在1961 - 2015。数据2(一个)和2 (b)显示的空间变异的年平均TT 1990年代和2010年代时期。在这两种情况下,TT直接相关救援高度和范围5.4°C至14°C(1990年代)和从6.4°C到15.1°C(2010年代)。增加了整个地区的年平均检测TT(图2 (c))。增量更强烈的北部,南部,中部地区区域(Po平原;增加到1.6°C)和东南部部门(约1.0°C)。为正确地指出Antolini et al。5等)、孤立的存在结构,位于中央的部分地区(图2 (c))与一个强烈持续了2010年代时期的城市化。在这种情况下,配额增加的年平均温度之间的两个选择的时间是由于土地利用变化,而不是气候变化。
(一)
(b)
(c)
每月分析还表明TT值的增加,尤其是在夏季。因此,6月,7月和8月代表最温暖和干燥的几个月期间,当平均每月TT值超过20°C (补充材料3)。转移在南部月度观察TT的更高价值的空间规模在2010年代(补充材料4)。
数据5(一个)和5 (b)描述年平均页。后者的空间分布密切反映了地形。正常时期(1990年代)显示的值从583毫米到2222毫米不等,而在最近的几十年(2010年),页显示值617毫米和2086毫米之间。
(一)
(b)
(c)
注意到在山区与TT,差异区域的部门;通过移动到2010年代时期,多达10%的精神性证明在西南边境的区域(图3 (c))。相反,积极的变化发生在东部和东北部的部分地区,以最大增加16%的年平均PP。
(一)
(b)
(c)
4.2。空间分析的ET0, AET0,佤邦
年平均et0空间分布的图4。在1990年代,每年ET0范围532毫米和663毫米(图之间的关系4(一))。2010年代时期显示ET0略有增加,从542毫米到668毫米不等(图4 (b))。在这两个时期,ET0密切遵循TT年平均分布。两个时期之间的相对变化显示了一个年度的整体增量ET0主要集中在南部地区约5%(图的一部分4 (c))。每月ET0指示值超过120毫米7月在这两个时期,而较低的值是描述在冬季(补充材料5和6)。
(一)
(b)
(c)
空间分布的年平均AET0报告数据5(一个)和5 (b)。AET0变化从428毫米到565毫米(1990年代),从444毫米到572毫米(2010年代)。更高的值(相当于500毫米)描述南部,东南部和西部地区的行业。山部门选票的地区经验AET0全面增加,在6%左右(图5 (c))。
数据6(一)和6 (b)说明佤邦的空间分布。减少佤邦的价值是体现在选票的主要部分地区,东北地区的异常。佤邦变化在1990年代从155毫米到1514毫米,而在2010年代,佤邦变化从173毫米到1542毫米。西部地区的行业也非常受到佤邦的变化的影响,减少了15%(丘陵地区)和20% (Po平原)。增加该参数只有包括波河三角洲和20%左右。
(一)
(b)
(c)
4.3。年度趋势的气候变量:最大/最小TT和页
通过考虑最小和最大的年度趋势TT,一般增加温度沿选票地区进一步证实了(参见图7和8和表2和3)。这一趋势表明增加+ 0.49°C /十年的最低TT和+ 0.69°C /十年的最大TT Reggio Emilia车站。Bedonia的年最低温度的趋势,Conselice北部,Vigoleno并不显著值超过阈值(表2和3)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
年度页6个气象站的趋势表明略有增加对Verghereto和Abetone站(1961 - 2015年数据9(一个)和9 (f))。相反,Bedonia、Reggio Emilia Vigoleno, Conselice Nord显示负趋势(数据9 (b)- - - - - -9 (e))。通过考虑Kendall-Mann测试(表4),唯一的趋势Bedonia站(175−毫米)接近显著(值0.1)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
5。讨论
结果强调在整个区域温度升高并不产生显著的增加平均每年实际蒸散AET0通过从1990年代(1961 - 1990)到2010年代(1991 - 2015)。相反,一个一致的减少水可用性是观察到的空间尺度对大部分领土的一部分。减少更强烈的在中部,南部,西方选票地区和有关部门的一致的降水减少主要发生在北部亚平宁山脉的分水岭。在今年减少分布是不均匀的,主要发生在冬天和春天的季节的开始(从12月到3月)。这种行为(即。,a marked reduction in water availability induced by a decrease in precipitations in winter and spring) involves also the lowlands located in the western part of the region.
这些结果导致的影响有关水资源管理的选票。首先,我们预期的介绍和研究区域水资源管理的部分整个选票是密切相关的年平均年降水量发生在亚平宁山脉。在这里,人类的目的是保证供水量的数以百计的低当量的弹簧,其流速严格依赖于国米,intra-annual降水补给模式。这意味着,年平均降雨量的减少和分布的变化并不是减轻这些浅含水层。同时,减少降雨雪也反映河流流速,已不断减少在过去几十年(35]。这一事实导致了进一步的问题管理河流改道的低地和减少农业活动造成重大经济损失从2000年开始(36]。避免几个查看的零位调整,确保水供应农场,一个增量的地下水含水层的波河平原是必要的。值得注意的是,这些含水层已经明显迹象显示水的缺乏由于严重的过度开采12,13,37]。被水损失的河床,美联储的月平均变化在山区集水区水资源进一步影响这些多孔含水层。特别是,减少河流排放检测到在过去的几十年选票的地区导致赤字充电上述含水层由于减少水损失通过河床(15]。
正在考虑的许多行为是为了减少水的供应的不确定性在夏季和秋季的季节。在山地地区的部门,负责水资源管理的利益相关者增加水箱的大小。特别是在低流量期间,这将确保水需求保证。在亚平宁山脉的山麓,人工水库建设的资源,他们将进一步允许水储存在冬季和春季。这些水将通过河流改道提要发布农业活动允许减少孔隙含水层的取款。
此外,利益相关者和当地政府正在投资资源估计含水层补给的有效性通过众多采石场附近河流(38]。这里,通道连接采石场的河流湖泊。最初的结果似乎有希望作为非凡的这种方法允许配额向地下水的径流。
6。结论
选票地区水资源的空间分布分析在两个时期(即。1961 - 1990和1991 - 2015年)。气候数据集从1024年均匀和控制气象站均匀分布在香港允许ET0和AET0计算。Mann-Kendall测试应用趋势分析的年度最高/最低温度和降水记录6站。趋势分析表明一个增量最大和最小温度为1961 - 2015年期间。相反,降水趋势递减。Bedonia例外,减量废除降水在同一时期并不具有统计学意义。如果我们排除波河三角洲,估计表明总体减少在整个地区水的可用性,一个地区,因其对气候变化的敏感性是众所周知的。减少更明显沿主要亚平宁山脉的分水岭和反映过一致的减少降雨,主要发生在冬季和春季。因此,水管理变得复杂,在过去几十年与更频繁的干旱时期,越来越多的问题关于水供应饮用水和农业用途。
我们相信我们的结果可以用于水资源管理的利益相关者负责,以减轻气候变化的影响。
数据可用性
本文获得的数据的可用性包括补充信息文件内的降水和温度最大和最小数据集。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版
确认
这项研究是表现作者的计划关于气候变化和水资源在欧洲的南部。
补充材料
补充材料1:研究区气象观测站位置和编码如表“补充材料2”中使用的参考。补充材料2:代码和名称在这项研究中使用的每个气象站。补充材料3:选票地区月平均温度在1961 - 1990。补充材料4:选票地区月平均温度在1991 - 2015。辅料5:月平均ET0选票地区在1961 - 1990。补充材料6:月平均ET0选票地区在1991 - 2015。((补充材料))