【摘要】：水文干旱是一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害,影響著人們的正常生產(chǎn)生活。地區(qū)性氣象要素的改變往往會(huì)直接左右水文干旱的發(fā)生,同時(shí),在全球氣候變化的背景下,干旱事件頻發(fā),全球性大尺度氣候模式的變化直接或間接改變了原有的水文干旱形成規(guī)律,有必要提出新的理論和方法探求水文干旱對(duì)地區(qū)性氣象要素和全球性大尺度氣候模式的響應(yīng)規(guī)律,研究結(jié)果對(duì)于水文干旱的形成機(jī)理分析和預(yù)報(bào)預(yù)警具有重要意義。本文首先根據(jù)汾河上游4個(gè)水文站(上靜游、汾河水庫(kù)、寨上、蘭村)1956-2000年月徑流資料分別建立各水文站6個(gè)時(shí)間尺度(1、3、6、12、24、48個(gè)月)標(biāo)準(zhǔn)徑流指數(shù)(SRI),并進(jìn)行趨勢(shì)分析;通過(guò)主成分分析(PCA)從所有站點(diǎn)1個(gè)月尺度SRI中提取區(qū)域SRI表征區(qū)域水文干旱;對(duì)水文干旱進(jìn)行時(shí)空演變分析;采用小波分析探究區(qū)域水文干旱對(duì)地區(qū)性氣象要素的響應(yīng)規(guī)律,基于汾河上游4個(gè)氣象站1956-2000年月氣象資料建立流域標(biāo)準(zhǔn)降水指數(shù)(SPI)和標(biāo)準(zhǔn)降水蒸散指數(shù)(SPEI),對(duì)各水文站6個(gè)時(shí)間尺度的SRI分別與流域SPI和SPEI進(jìn)行同期對(duì)應(yīng)相同尺度下相關(guān)分析,采用時(shí)移互相關(guān)分析、回歸分析研究水文干旱與氣象干旱的聯(lián)系;同時(shí),利用小波分析研究區(qū)域水文干旱與ENSO事件、海氣系統(tǒng)濤動(dòng)、太陽(yáng)黑子、季風(fēng)和大氣環(huán)流等全球性氣候因子之間的關(guān)系,探求全球性大尺度氣候變化對(duì)水文干旱的影響;最后將氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域水文干旱的影響對(duì)比分析。主要取得以下成果:(1)汾河上游水文干旱時(shí)空演變分析研究期內(nèi)汾河上游呈干旱化趨向,干旱周期特性主要集中在70年代初期前后,表現(xiàn)為32個(gè)月和128個(gè)月振蕩周期,干旱突變主要發(fā)生在70年代初期且與降水突變時(shí)間存在聯(lián)系;汾河上游水文干旱空間分布與降水空間分布具有較強(qiáng)一致性,西北部干旱有所緩解,東南部干旱在加劇,水文干旱至西北向東南部蔓延。不同站點(diǎn)水文干旱時(shí)空變化規(guī)律具有較強(qiáng)一致性。(2)地區(qū)性氣象要素對(duì)汾河上游水文干旱的影響降水、氣溫、蒸發(fā)、日照、太陽(yáng)輻射、氣象干旱、風(fēng)速、大氣壓、水汽壓等諸多地區(qū)性氣象因子中,降水和氣象干旱是汾河上游水文干旱的主要驅(qū)動(dòng)力。降水與區(qū)域水文干旱SRI存在16-128個(gè)月的共振周期,并表現(xiàn)出強(qiáng)烈正相關(guān),總體上降水平均超前干旱1-1.5個(gè)月。在12個(gè)月尺度以下二者也存在共振特性和正位相關(guān)系,但歷時(shí)較短,降水與干旱指數(shù)在12個(gè)月尺度上還表現(xiàn)出間歇性準(zhǔn)12個(gè)月尺度共振周期。氣象干旱SPEI與區(qū)域水文干旱SRI呈現(xiàn)出強(qiáng)正位相關(guān)系,SPEI超前SRI約1-1.5個(gè)月,其中1956-1969年兩者存在12-48個(gè)月和60-72個(gè)月共振周期,1970年以后二者的共振周期達(dá)到128個(gè)月,到1986其共振周期開(kāi)始變短,主要分布在6-24和64-128個(gè)月。在1972-1984年氣象干旱與區(qū)域水文干旱還呈現(xiàn)6-24個(gè)月共振周期。各站點(diǎn)水文干旱與氣象干旱的相關(guān)系數(shù)隨時(shí)間尺度的增加呈先增大后減小的規(guī)律,在12-24個(gè)月尺度上,相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大,都通過(guò)了顯著性檢驗(yàn);相同時(shí)間尺度下,4個(gè)水文站水文干旱與氣象干旱相關(guān)程度差異較弱;12個(gè)月尺度以下,SRI與SPEI的相關(guān)程度較SRI與SPI更為緊密,12個(gè)月尺度以上,SRI與SPI的相關(guān)程度較SRI與SPEI更為緊密;12個(gè)月時(shí)間尺度時(shí),汾河水庫(kù)、寨上、蘭村站點(diǎn)水文干旱滯后于氣象干旱約1個(gè)月。(3)全球性大尺度氣候模式對(duì)汾河上游水文干旱的影響ENSO事件、AO、NAO、太陽(yáng)黑子、PDO、東亞季風(fēng)諸多大尺度氣候因子中,ENSO對(duì)區(qū)域水文干旱的影響強(qiáng)于其他因子。整個(gè)研究期間Nino3.4Inedx/MEI與區(qū)域水文干旱SRI呈負(fù)相關(guān)和存在共振周期,ENSO表現(xiàn)為厄爾尼諾事件時(shí)易誘發(fā)水文干旱,強(qiáng)度越大越明顯,ENSO表現(xiàn)為拉尼娜事件時(shí)干旱有所緩解,但當(dāng)強(qiáng)拉尼娜事件發(fā)生時(shí)反而會(huì)誘發(fā)干旱的發(fā)生。AO、NAO、PDO處在正位相易誘發(fā)干旱。大尺度大氣環(huán)流因子與汾河上游水文干旱存在時(shí)頻關(guān)系,尤其是副熱帶高壓與水文干旱間具有很強(qiáng)的響應(yīng)關(guān)系。(4)下墊面改變、工程措施、取用水情況等人類活動(dòng)的干預(yù)可能是70年代后汾河上游水文干旱時(shí)空變化特性改變和對(duì)氣候變化時(shí)頻響應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)變的原因。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P467;P333
【圖文】：

技術(shù)路線

.1 自然地理?xiàng)l件汾河是黃河最主要的支流之一，也是山西境內(nèi)第一大河。汾者，大也，汾河因此名。汾河地處東經(jīng) 110°30'-113°32'，北緯 35°20'-39°00'之間，發(fā)源于忻州市寧武縣東管涔山，自北向南流入黃河，貫穿大半個(gè)山西，干流直線長(zhǎng)度 412.7km，流域面471km2，占全省面積 25.3%。寧武縣河源至太原市蘭村為汾河上游，此段為山區(qū)性，穿行于呂梁山區(qū)的崇山峻嶺之間，山區(qū)高程多在 1100m 以上，河道長(zhǎng) 217.6km，面積 7705km2，河流比降 3.68‰。圖 2-1 為汾河流域河網(wǎng)、站點(diǎn)、高程和坐標(biāo)等地息（DEM 數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站）分布及三維效果圖。上靜游、汾河水庫(kù)上、蘭村水文站自上而下依次分布在河道上。

圖 2-2 汾河上游土地利用類型分布. 2-2 Land use types distribution in the upper reaches of Fenhe River 表 2-1 土地利用類型面積占比Tab. 2-1 Land use types area ratio分類碼 土地利用 含義 面積占比（%）0 WATR 水域 0.4851 PINE 常綠針葉林 8.4844 FRSD 落葉闊葉林 0.0135 FRST 混合林、林地 13.3687 HAY 森林草原、干草 24.1608 RNGB 灌叢帶 9.93910 RNGE 草地 35.59211 AGRL 耕地 7.960

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