【摘要】：近些年來(lái),因?yàn)槭艿綒夂蜃兓c人類活動(dòng)的影響,世界各地生態(tài)系統(tǒng)與水資源的問(wèn)題日益突出嚴(yán)重。評(píng)估未來(lái)氣候變化對(duì)水源供給能力的影響,對(duì)于制定合理健全的水資源管理和開(kāi)發(fā)策略以及生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)都具有重要的意義。本文以中國(guó)南部典型的亞熱帶季風(fēng)氣候流域——湘江流域?yàn)檠芯繀^(qū),利用SDSM(Statistical Downscaling Model)統(tǒng)計(jì)降尺度模型結(jié)合InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem and Tradeoffs)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模型預(yù)測(cè)和分析了當(dāng)前和未來(lái)氣候變化情景下的流域水源供給時(shí)空變化。從而探究了未來(lái)氣候變化對(duì)湘江流域水源供給時(shí)空分布的影響,以期為流域水資源高效、科學(xué)、可持續(xù)的合理開(kāi)發(fā)利用和有效分配提供有價(jià)值的參考依據(jù)。論文的主要內(nèi)容和研究成果如下:(1)InVEST模型在湘江流域表現(xiàn)出良好的適用性,在年尺度上的模擬結(jié)果與觀測(cè)序列擬合程度理想。其相對(duì)誤差PBIAS 4.95%,相關(guān)系數(shù)R~2為0.74,均方根誤差RMSE為75.17。而且在對(duì)2000、2005、2010和2015年四期湘江流域水源供給模擬中,表現(xiàn)出InVEST模型能夠很好地模擬出湘江流域年尺度的水源供給時(shí)空變化。(2)SDSM模型在湘江流域也表現(xiàn)出較好的適用性,能夠很好地模擬出湘江流域年尺度上的最高、最低氣溫和降水變化。其中對(duì)降水的模擬R~2達(dá)到了0.54,RMSE為165.7 mm。而對(duì)氣溫的模擬更好,R~2都達(dá)到了0.96以上,RMSE最高也只有0.4℃。(3)利用氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)、NCEP(National Centers for Environmental Prediction)再分析數(shù)據(jù)和大氣環(huán)流模式(CanESM2)下的兩種典型濃度路徑(Representative Concentration Pathways,RCP),RCP2.6和RCP4.5情景數(shù)據(jù)�；赟DSM模型模擬預(yù)測(cè)了湘江流域未來(lái)三個(gè)時(shí)間段2020s(2020-2035)、2050s(2050-2065)和2080s(2080-2100)的氣候變化情景。結(jié)果表明在RCP2.6情景下,2020s和2050s時(shí)段內(nèi)最低和最高氣溫均有所升高,2080s時(shí)段內(nèi),最低氣溫不再繼續(xù)增長(zhǎng),最高氣溫甚至有所下降,不過(guò)相對(duì)基準(zhǔn)期(2000-2015年)仍分別升高了約0.5℃和0.8℃。而在RCP4.5情景下未來(lái)三個(gè)時(shí)段內(nèi)的最低和最高氣溫均呈不斷上升的趨勢(shì),到2080s時(shí)段,最低和最高氣溫相對(duì)基準(zhǔn)期分別升高了約1.5℃和1.4℃;而降水在兩個(gè)情景下的2020s時(shí)段內(nèi)變化都不大,在2050s時(shí)段內(nèi)相對(duì)基準(zhǔn)期的多年平均降水量,RCP2.6情景下增加約9%,RCP4.5情景下增加約18%。而在2080s時(shí)段內(nèi)相對(duì)基準(zhǔn)期的多年平均降水量,RCP2.6情景下增加約10%,RCP4.5情景下增加了約20.4%。(4)以SDSM模型模擬預(yù)估的湘江流域未來(lái)氣候要素作為輸入驅(qū)動(dòng)InVEST模型,預(yù)估湘江流域未來(lái)氣候變化情景下的水源供給時(shí)空分布變化。結(jié)果表明未來(lái)湘江流域在2020s時(shí)段內(nèi),兩種情景與基準(zhǔn)期的水源供給相差無(wú)幾。在2050s時(shí)段內(nèi),湘江流域水源供給量在RCP4.5情景下比在RCP2.6情景下相對(duì)基準(zhǔn)期高出了很多,在RCP2.6情景下增加了約18.8%,而在RCP4.5情景下增加了約33%,為9.4×103 m~3ha~(-1)。在2080s時(shí)段內(nèi),RCP4.5情景下湘江流域水源供給量依舊漲幅很高,相對(duì)于基準(zhǔn)期增加了約33.5%,而在RCP2.6情景下增長(zhǎng)了約19.3%。
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV213.4;TU991.11
【圖文】：

InVEST 模型，預(yù)估湘江流域未來(lái)氣候變化情景下的水源供給時(shí)空分布變化。1.3.2 技術(shù)路線圖本文的基本流程框架如圖1-1。圖 1-1 研究論文的基本框架Figure 1-1 The frame of the study

衡山山脈與資水相連，位于北緯 24°30′至 28°40′之間，東經(jīng) 110°30′和114°30′之間，橫跨廣西、江西、湖南等省份。本文以湘江流域在湖南省境內(nèi)的部分為研究區(qū)（圖2-1），流域面積約為8.5 萬(wàn)平方公里，包括永州、郴州、衡陽(yáng)、婁底、株洲、湘潭、長(zhǎng)沙、岳陽(yáng)等 9 市 67 個(gè)縣市區(qū)，約占總流域面積的 88.9%，占湖南全省總面積的40%。圖2-1 湘江流域及其氣象站點(diǎn)分布圖Figure 2-1 Location of the Xiangjiang River Basin, digital elevation model (Elevation, m) andmeteorological stations

InVSEST 模型中的產(chǎn)水量模塊是模擬和分析水資源的關(guān)鍵模塊，它簡(jiǎn)化了匯流過(guò)程，不做地表水、地下水、基流的區(qū)分，而是基于水量平衡理論直接計(jì)算子流域上的產(chǎn)水總量（即水源供給量），水量平衡框架圖如圖3-1 所示。圖 3-1 水量平衡框架圖[42]. 水循環(huán)被簡(jiǎn)化為僅包括有顏色的參數(shù)，忽略了灰色參數(shù)Figure 3-1 Conceptual diagram of the water balance model used in the InVEST water yieldmodel[42]. Only parameters shown in color are included, and parameters shown in grey are ignored模型的建立是基于Budyko 水熱耦合理論[64]和年平均降水量數(shù)據(jù)。研究區(qū)每個(gè)柵格單元x的年水源供給量 Y ( x )定義如下：( )( ) (1 ) ( )( )AET xY x P xP x= （3-1）其中 AET ( x )表示柵格單元 的年實(shí)際蒸散量， P ( x )表示柵格單元 的年降水量。對(duì)于植被的土地利用類型，水量平衡公式中的蒸散發(fā)通過(guò)Budyko 水熱耦合平衡假設(shè)公式計(jì)算[65, 66]：

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本文編號(hào)：2794028