本文關鍵詞：基于GRACE和GLDAS的新疆水資源時空變化研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：利用重力衛(wèi)星技術(shù)來獲取全球范圍內(nèi)的氣候變化以及水循環(huán)狀況,于上個世紀的七十年代開始興起,不僅突破了傳統(tǒng)水文方法在獲取大尺度水文數(shù)據(jù)時所體現(xiàn)出的的局限性,同時也為監(jiān)測大尺度區(qū)域的水循環(huán)效應及其在小尺度局部響應參數(shù)的選取提供了嶄新的思路。本研究利用全球多年來的GRACE數(shù)據(jù),輔以TRMM降水數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、河網(wǎng)分布數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)、蒸散發(fā)、徑流等數(shù)據(jù),反演陸地水儲量變化,分析新疆十一年間陸地水儲量的時空動態(tài)變化趨勢和四個季節(jié)陸地水儲量變化的差異,探討該地區(qū)陸地水儲量的振幅和相位變化情況,綜合人為因素和自然因素,進行了導致陸地水儲量變化的驅(qū)動因素分析;結(jié)合歸一化植被指數(shù)NDVI產(chǎn)品,探討了十一年間新疆NDVI的分布情況,分析了植被NDVI、陸地水儲量變化以及降水量的變化趨勢,剖析了NDVI與陸地水儲量、降水量之間的相關性;結(jié)合GLDAS水文模型(NOAH)模擬了總地表水變化(包括土壤含水量變化、雪水當量的變化、冠層含水量和地表徑流的變化),對比分析了四季土壤含水量變化與陸地水儲量變化和時空分異規(guī)律,反求算出地下水儲量的變化,探討四季地下水變化趨勢的差異;并將克里雅河流域中游的實測地下水水位數(shù)據(jù)作為因變量,GLDAS所模擬的土壤含水量數(shù)據(jù)、土壤含水量變化、GRACE的陸地水儲量變化、地下水變化四類數(shù)據(jù)作為自變量,通過對各類數(shù)據(jù)所進行的數(shù)學變換,選取最優(yōu)數(shù)學變換方式,粗略的建立適用于克里雅河流域中游的地下水水位數(shù)學模型;基于所建立的模型,以克里雅河流域中游為示范區(qū),驗證該估算模型的適用性,模擬克里雅河流域中游的地下水水位,分析土壤含水量和地下水水位在春季和秋季的空間特征。本研究的主要結(jié)論如下:⑴2003年、2008年和2013年的四個季節(jié)中新疆的陸地水儲量都有很大的差異,陸地水儲量呈現(xiàn)出春季夏季冬季秋季。2008年全年陸地水儲量的等效水高明顯有所減少。2003年春季等效水高呈現(xiàn)從南至北逐步遞增的規(guī)律,處于虧損狀態(tài)的區(qū)域主要分布在西南方向;2013年春季陸地水儲量由新疆地理的中心地帶逐步向外遞增,由強烈的水虧損狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛酄顟B(tài);后六年陸地水儲量變化相對比前五年劇烈,并且變化劇烈的面積有增加趨勢。⑵陸地水儲量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,驅(qū)動因素源于自然因素和人為因素兩方面:①降水量的下降趨勢,且蒸散發(fā)能力常年高于降水量;②河網(wǎng)分布情況為西面匱乏,隨著時間的推移,地表徑流量也逐年有降低趨勢;③由于河流的兩岸無節(jié)制的用水,導致河流在注入湖泊之前就逐漸干涸;④工藝陳舊致使生產(chǎn)用水過多,直接造成對水資源的浪費;⑤人類生活的飲用水大多采用水泵從地下抽取,導致了地下水儲量降低。⑶陸地水儲量呈現(xiàn)顯著的增加趨勢的自然因素主要是trmm降水量的變化趨勢呈現(xiàn)大范圍的上升趨勢,且河網(wǎng)分布密集;人為因素則主要有優(yōu)化水渠,減少水資源流失量,同時注重水庫建設,所儲水量均可用于農(nóng)業(yè)灌溉,增加對河流水資源的利用,減少對陸地水的浪費。⑷年周期值和grace反演的陸地水儲量值的波動趨勢均一致,驗證了年周期值的求算的準確性。發(fā)生最大陸地水儲量的時間比降水出現(xiàn)最大值的時間呈現(xiàn)出滯后性,滯后的時間長度為4個月。⑸植被ndvi呈現(xiàn)出夏季秋季春季冬季的規(guī)律,離河道越近,植被覆蓋度也就越高,越遠離河道,植被覆蓋度也越低。降水量與ndvi之間呈現(xiàn)出了正相關關系,并且相關系數(shù)的大小變化為冬季春季夏季秋季。降水量對ndvi的影響明顯比陸地水儲量對ndvi的影響相對更為敏感。⑹gldas的土壤含水量與grace反演的陸地水儲量的分布狀況有較大的一致性,充分說明土壤含水量是影響陸地水儲量的重要因素之一,并且對陸地水儲量的變化具有表征作用,但是土壤含水量絕對不是唯一的影響因素。十一年間,雖然逐月數(shù)據(jù)波動較大,但是基本趨勢是一致的,隨著時間推移,二者的劇烈上升-急劇下降-緩慢下降的趨勢能夠清晰的反映出來。⑺利用gldas模擬出的地表徑流變化、冠層含水量變化、雪水當量變化均非常微小,證明grace所反演的陸地水儲量變化減去gldas所模擬土壤含水量變化就可以求算出地下水變化。與實測地下水水位數(shù)據(jù)的相關性的大小排序為:gldas土壤含水量地下水儲量變化grace陸地水儲量變化trmm降水量,其中地下水儲量的變化與地下水水位數(shù)據(jù)為負相關,trmm降水量數(shù)據(jù)與地下水水位數(shù)據(jù)幾乎沒有相關性,其他因素均與地下水水位呈現(xiàn)正相關關系。⑻用線性模型擬合了gldas土壤含水量、gldas土壤含水量變化、grace陸地水儲量變化、地下水儲量變化與地下水水位數(shù)據(jù)的方程,相比而言,多元逐步回歸模型y=0.107x_1+0.003x_2+0.126x_3-0.109x_4+0.54,略優(yōu)于線性函數(shù)。⑼依據(jù)所構(gòu)建的地下水水位模型所估算的地下水水位數(shù)據(jù),與實測的水位數(shù)據(jù),其水位伴隨時間推移,而產(chǎn)生的升降變化趨勢非常接近。大部分估算值與實測值隨存在差異,但是整體變化趨勢具有較高的一致性。存在部分異常點,充分說明,該模型只能粗略模擬地下水水位數(shù)據(jù),僅適用于克里雅河流域中游地區(qū),其他地區(qū)需要因地制宜�？傊�,GRACE地球重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)和GLDAS水文模型為研究水資源的時空變化研究開拓了嶄新的思路,所建立的地下水水位估算模型具有局限性,不足以普適到整個新疆范圍,但是在示范區(qū)克里雅河流域中游具有適用性。越靠近綠洲,水位明顯較淺,越遠離河流和綠洲,其地下水水位明顯較深,該研究為水資源和合理利用和優(yōu)化配置提供了科學依據(jù)。
【關鍵詞】：GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment) 全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)(GLDAS) 陸地水儲量 土壤含水量 地下水水位
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV211
【目錄】：

• 摘要2-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 研究背景和意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 重力衛(wèi)星探測技術(shù)的發(fā)展12-13
• 1.2.2 GRACE地球重力衛(wèi)星的發(fā)展13-15
• 1.2.3 GRACE地球重力衛(wèi)星的應用15-17
• 1.3 研究目標和內(nèi)容17-18
• 1.3.1 研究目標17-18
• 1.3.2 研究內(nèi)容18
• 1.4 研究思路18-21
• 1.5 文章結(jié)構(gòu)21-23
• 第二章 研究區(qū)概況23-29
• 2.1 地形地貌23-24
• 2.2 氣候特征24-26
• 2.3 水文特征26-28
• 2.4 社會經(jīng)濟28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 數(shù)據(jù)獲取與處理29-47
• 3.1 GRACE數(shù)據(jù)的獲取和預處理29-35
• 3.1.1 高斯、濾波平滑29-32
• 3.1.2 等效水高計算32-35
• 3.2 TRMM數(shù)據(jù)的獲取和預處理35-37
• 3.3 GLDAS水文模型數(shù)據(jù)37-40
• 3.4 實測地下水水位數(shù)據(jù)40-43
• 3.4.1 水位計的啟動40-41
• 3.4.2 水位計的使用41-42
• 3.4.3 水位計的讀取42-43
• 3.5 DEM提取河網(wǎng)分布43-45
• 3.6 其他數(shù)據(jù)的獲取45
• 3.7 本章小結(jié)45-47
• 第四章 GRACE陸地水儲量的時空變化47-67
• 4.1 十一年間陸地水儲量動態(tài)變化分析47-51
• 4.2 陸地水儲量變化趨勢分析51-57
• 4.2.1 陸地儲水量變化程度分析51-52
• 4.2.2 陸地水儲量變化趨勢及其驅(qū)動因素分析52-57
• 4.3 GRACE數(shù)據(jù)年周期值和振幅分析57-59
• 4.4 NDVI與陸地水儲量以及降水量的響應關系59-64
• 4.4.1 十年間植被NDVI的季節(jié)性分布情況60-61
• 4.4.2 植被NDVI、陸地水儲量變化以及降水量變化的趨勢分析61-63
• 4.4.3 NDVI與陸地水儲量、降水量的相關性分析63-64
• 4.5 本章小結(jié)64-67
• 第五章 GLDAS水文模型與GRACE地球重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)的對比分析67-77
• 5.1 GLDAS土壤含水量與GRACE陸地水儲量不同季節(jié)的分布特征67-69
• 5.2 GLDAS與GRACE的對比分析69-70
• 5.3 地下水的分布特征研究70-73
• 5.3.1 GLDAS模擬冠層含水量70-71
• 5.3.2 GLDAS模擬雪水當量71-72
• 5.3.3 GLDAS模擬地表徑流72-73
• 5.4 模擬地下水水位的變化73-75
• 5.4.1 地下水水位變化研究73-74
• 5.4.2 十一年間各季節(jié)地下水變化空間分布特征研究74-75
• 5.5 本章小節(jié)75-77
• 第六章 克里雅河流域地下水水位估算模型的構(gòu)建和驗證77-87
• 6.1 構(gòu)建地下水水位估算模型77-81
• 6.1.1 克里雅河流域中游影響地下水水位因素的選擇78-80
• 6.1.2 克里雅河流域地下水水位估算模型的構(gòu)建80-81
• 6.2 克里雅河流域中游實測地下水水位與模擬值的對比分析81-84
• 6.2.1 地下水水位隨時間的變化81
• 6.2.2 克里雅河流域中游地下水水位實測值與估算值的對比81-84
• 6.3 改良建議84-85
• 6.4 本章小結(jié)85-87
• 第七章 結(jié)論與展望87-91
• 7.1 結(jié)論87-89
• 7.2 不足與展望89-91
• 參考文獻91-99
• 致謝99-102
• 在讀期間參與的科研項目和發(fā)表論文102-104

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳瑩瑩;施建成;杜今陽;蔣玲梅;;基于GLDAS的中國區(qū)地表能量平衡數(shù)值試驗[J];水科學進展;2009年01期

2 劉衛(wèi);繆元興;;基于GRACE數(shù)據(jù)的西南陸地水儲量分析[J];天文學報;2011年02期

  本文關鍵詞：基于GRACE和GLDAS的新疆水資源時空變化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：325618