Separation of the impacts of climate change and human activity on runoff variations

Abstract

A practical approach to separate the impact of the processes of climate change (CC) and human activities (HA) on streamflow is presented. A non-parametric Mann-Kendall-Sneyers test, combined with moving t test and Yamamoto methods, was used to recognize abrupt change points in the runoff time series to determine a baseline period. A new algorithm to separate CC and HA influence on streamflow was deduced based on the climate elasticity concept. Application to the Chao River, China, shows that CC imposed a positive impact on streamflow in this region (25%, on average), while HA exerted a continuous negative impact of –75% in the period after the 1950s. These results are of great use in understanding the variation of CC and HA impacts under different human development patterns.

Editor Z.W. Kundzewicz; Associate editor H. Aksoy

Résumé

Nous présentons une approche pratique de séparation des impact du changement climatique (CC) et des activités humaines (AH) sur l’écoulement. Nous avons utilisé le test non-paramétrique de Mann-Kendall-Sneyers, combiné avec la méthode de Yamamoto et le t-test mobile, pour déterminer les points de changement brusque dans les séries chronologiques de débits, afin de déterminer une période de référence. Sur la base du concept d’élasticité climatique, nous avons élaboré un nouvel algorithme permettant de séparer l’influence du CC et de l’AH sur les débits,. Son application sur le fleuve Chao en Chine, a montré que le CC a provoqué une augmentation de l’écoulement dans cette région (25% en moyenne), tandis que l’AH a provoqué sa diminution continue de -75% depuis les années cinquante. Ces résultats sont d’une grande utilité pour comprendre les processus de variation des impacts du CC et de l’AH en liaison avec différents modes de développement.

Key words:

• separation
• climate change (CC)
• human activities (HA)
• runoff variation
• Chao River

Mots clefs:

• séparation
• changement climatique (CC)
• activités humaines (AH)
• variation de débit
• rivière Chao

Acknowledgements

We are very appreciative of the constructive suggestions and comments from the reviewers and editors.

Additional information

Funding

This research was supported by the General Programme of National Natural Science Foundation of China (grant no. 41271414), the National Science and Technology Pillar Programme of China (grant no. 2012BAK12B03), the Young-people-cultivation Project of the State Key Laboratory of Remote Sensing Science, China (grant no. 14RC-09), the project of the Education Department of Shaanxi Province (grant no. 12JS068) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China.