本文選題：錢塘江流域　切入點(diǎn)：蘭江流域　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：全球溫室氣體過量排放,導(dǎo)致20世紀(jì)中后期全球溫度增加,溫室效應(yīng)爆發(fā),進(jìn)而影響全球范圍內(nèi)降水量的變化,對(duì)陸地氣候水文循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生了影響。氣候變化已經(jīng)成為國際科學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn),它不僅影響了水文循環(huán)過程,更是在潛移默化中改變?nèi)祟惡推渌锏纳姝h(huán)境。區(qū)域氣候變化的研究,可以為特定區(qū)域內(nèi)氣候變化應(yīng)對(duì)策略,區(qū)域氣象災(zāi)害預(yù)防預(yù)警以及水資源合理化調(diào)控利用提供重要信息依據(jù),對(duì)區(qū)域工業(yè)生產(chǎn),居民生活及經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要價(jià)值。本文以浙江省重要淡水來源錢塘江流域?yàn)檠芯繉?duì)象,搜集了1960-2006年期間流域內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)以及蘭江流域1970-1989年的徑流量數(shù)據(jù),重點(diǎn)分析了錢塘江流域歷史平均以及極端溫度、降水的變化情況,著重研究了不同時(shí)間尺度氣候變化情況和氣候空間分布特征,通過建立統(tǒng)計(jì)降尺度模型,分析不同大氣環(huán)流模式(GCMs)和不同溫室氣體排放量情景下流域21世紀(jì)氣候變化情況,并耦合水文模型,對(duì)錢塘江典型水文模擬區(qū)蘭江流域在氣候變化假設(shè)條件下的水文徑流響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測。主要研究內(nèi)容及結(jié)論可概括為以下幾點(diǎn)：(1)通過非參數(shù)趨勢性分析法、突變點(diǎn)檢驗(yàn)以及周期性分析法,以錢塘江流域1960-2006年期間的歷史氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),從流域整體變化以及不同站點(diǎn)的空間變化特征兩個(gè)方面展開研究,分析了研究區(qū)歷史平均以及極端氣候變化情況。平均氣候分析結(jié)果表明,錢塘江流域近十幾年的增溫趨勢明顯,尤其是平均最低溫度,且突變檢驗(yàn)結(jié)果表明平均最低溫度在1996年附近發(fā)生突變。季節(jié)性溫度分析結(jié)果顯示,冬季平均增溫趨勢最大。極端氣候分析的結(jié)果顯示,極端低溫的增暖趨勢顯著而極端高溫變化趨勢不顯著。極端溫度空間分布型在不同指標(biāo)間和季節(jié)間的差異性顯著。流域極端溫度在1990年前后發(fā)生明顯突變,要早于平均氣候發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)。(2)與溫度變化結(jié)果相比,除夏季降水量呈現(xiàn)顯著上升趨勢,大部分降水指標(biāo)的變化趨勢不顯著,但不同降水指標(biāo)的分析結(jié)果存在一定的變化規(guī)律性。不同分類降水量分析結(jié)果顯示,站點(diǎn)的小雨(TP1)和中雨(TP2)以下降趨勢為主,而大雨(TP3)和暴雨(TP4)呈現(xiàn)上升趨勢,且呈現(xiàn)一定的空間變化規(guī)律。以95百分位降水量和降水天數(shù)(TP95/PD95)為代表的極端降水分析結(jié)果顯示,1985年前,流域極端降水事件表現(xiàn)為波動(dòng)上升,1985年后變化趨勢相反,兩個(gè)子時(shí)期差異性顯著。連續(xù)干旱/降水指標(biāo)分析結(jié)果也表明,流域近十幾年的降水量相對(duì)充沛。夏季為代表的季節(jié)性降水量分析發(fā)現(xiàn)1992年之后,流域夏季降水量相對(duì)充沛。經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析法(EOF分析法)選取的研究區(qū)前三個(gè)夏季降水量主成分累積貢獻(xiàn)率大于80%,第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間主成分和夏季降水量年際變化有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,證明經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析法可以很好地捕獲夏季降水的變化特征。(3)選取SWAT和HIMS模型模擬典型研究區(qū)蘭江流域水文循環(huán)過程。利用SWAT模型自帶敏感性分析模塊和SWAT-CUP兩種方法,篩選出10個(gè)SWAT模型徑流模擬過程敏感參數(shù),參與SWAT模型徑流率定過程,HIMS模型則是直接率定徑流過程。兩個(gè)模型模擬結(jié)果顯示,兩個(gè)模型在日尺度和月尺度下模擬的蘭江流域徑流量和實(shí)際觀測值很接近,模擬效果較好,但不同站點(diǎn)的模擬效果略有差異,總體以衢州站點(diǎn)的徑流量模擬效果最佳,金華站點(diǎn)的徑流量模擬效果相對(duì)差一些。兩個(gè)模型對(duì)比分析結(jié)果顯示,HIMS模型在日尺度下的徑流量模擬效果優(yōu)于SWAT模型,而SWAT模型月尺度下的徑流量模擬效果則要優(yōu)于HIMS模型結(jié)果。(4)采用主成分分析結(jié)合多元線性回歸法(EOF-MLR),建立錢塘江流域氣象要素和大尺度氣象預(yù)報(bào)因子間的統(tǒng)計(jì)函數(shù)關(guān)系。將選取的NCEP再分析資料的大尺度預(yù)報(bào)因子經(jīng)主成分分析法分解后得到前10個(gè)主成分,通過多元線性回歸法結(jié)合歷史觀測溫度和降水?dāng)?shù)據(jù)建立統(tǒng)計(jì)降尺度模型。模型參數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示,經(jīng)統(tǒng)計(jì)降尺度得到的模擬值和觀測值非常接近,溫度的模擬精度比降水的模擬要好。對(duì)比經(jīng)統(tǒng)計(jì)降尺度后的大尺度環(huán)流模式HadCM3、GFDL和ECHAM5結(jié)果和這些模式直接模擬的輸出結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)統(tǒng)計(jì)降尺度后的GCMs結(jié)果能更好的模擬流域?qū)嶋H溫度和降水的變化情況,同時(shí)證明了經(jīng)NCEP資料建立的研究區(qū)統(tǒng)計(jì)降尺度模型同樣適用于GCMs輸出的結(jié)果。(5)將建立的統(tǒng)計(jì)降尺度模型應(yīng)用于選取的三個(gè)GCMs模式的高排放情景(A2)和中等排放情景(A1B)下的輸出結(jié)果,預(yù)測21世紀(jì)錢塘江流域溫度和降水的變化情況,并選取2030-2059和2070-2099兩個(gè)時(shí)段作為21世紀(jì)中期和末期的代表時(shí)段,和1961-1990年基準(zhǔn)期進(jìn)行比較,分析21世紀(jì)研究區(qū)氣候變化情況。結(jié)果顯示,流域21世紀(jì)仍以增溫趨勢為主,且21世紀(jì)末期的增溫明顯要高于中期的增溫幅度。不同GCMs模式和不同排放情景下的模擬結(jié)果對(duì)比顯示,HadCM3模擬的溫度是三個(gè)GCMs中最高的；21世紀(jì)中期,A1B模擬的溫度要略高于A2模擬的結(jié)果,而到了21世紀(jì)末期,則相反。四季溫度模擬結(jié)果對(duì)比分析顯示,相同溫度指標(biāo)在21世紀(jì)兩個(gè)代表時(shí)期增溫排序一致。夏季和冬季的典型月份模擬結(jié)果顯示,不同月份以及不同溫度指標(biāo)的空間分布規(guī)律差異性大,但同一月份在21世紀(jì)兩個(gè)時(shí)段的增溫變化空間分布特征非常相似。21世紀(jì)降水量預(yù)測結(jié)果顯示,枯水期的降水量和基準(zhǔn)期相比略有下降,而豐水期的降水量則有所增加,但不同排放情景和不同模式在21世紀(jì)兩個(gè)時(shí)期的變化不一致。不同排放情景下的季節(jié)性降水預(yù)測結(jié)果顯示,21世紀(jì)末期季節(jié)性降水量變化要高于21世紀(jì)中期,尤其是夏季和春季,預(yù)測在21世紀(jì)末期會(huì)有明顯的增加。21世紀(jì)降水量變化空間分布特征顯示,枯水期典型月份1月在21世紀(jì)不同時(shí)期和不同排放情景下的模擬結(jié)果和基準(zhǔn)期相比差值的空間分布規(guī)律非常相似,而豐水期典型月份6月的降水量由于受到多種因素的影響,在不同時(shí)期和不同排放情景下的空間分布特征差異性很大。(6)以1970-1989年觀測數(shù)據(jù)為對(duì)照,將綜合的假定氣候變化情景應(yīng)用于1970-1989年期間,得到氣候變化條件下1970-1989年蘭江流域徑流量數(shù)據(jù),并在不同時(shí)間尺度下和對(duì)照觀測值進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示,氣候變化下SWAT模擬的流域年徑流量要高于HIMS模型,且只有金華站點(diǎn)的HIMS模型模擬的平均年徑流低于對(duì)照,其他的模擬結(jié)果都要高于對(duì)照。蘭江流域年徑流量在不同的綜合假定氣候情景下的模擬結(jié)果變化有差異性。同一水文模型下,30系列情景下的年徑流模擬結(jié)果在兩個(gè)排放情景下差異不大,而70系列下的年徑流模擬結(jié)果顯示A2模擬的年徑流增量量要高于A1B下的模擬結(jié)果。同樣,月徑流的模擬結(jié)果中SWAT模型模擬的月徑流量要高于HIMS的結(jié)果,但兩者的年內(nèi)變化特征基本一致。兩個(gè)模型的月徑流模擬結(jié)果顯示,70系列下的月徑流量模擬值要高于30系列下的結(jié)果,但不同排放量情景下的模擬結(jié)果差異不大。此外,最顯著的特點(diǎn)就是枯水期和豐水期模擬的徑流量變化不一致。豐水期的徑流模擬結(jié)果和對(duì)照相比都是增加的,而枯水期的部分結(jié)果則是減少的,說明氣候變化影響枯/豐水期的徑流變化過程存在差異。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P467;P333

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1672292