本文關(guān)鍵詞：水熱季節(jié)性對流域水文的影響研究

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【摘要】：流域水熱平衡關(guān)系是流域水文研究的重要科學(xué)問題,也是流域綜合管理的理論基礎(chǔ)。氣候變化背景下,水熱總量和水熱季節(jié)性(本文指降水的形態(tài)和雨熱季節(jié)性變化特征)都發(fā)生了顯著改變,并對流域生態(tài)水文過程產(chǎn)生深刻影響。本文通過發(fā)展完善考慮水熱季節(jié)性影響的流域水熱平衡模型,更好地認(rèn)識了氣候變化條件下的流域生態(tài)水文響應(yīng)。首先,采用中國743個國家氣象站數(shù)據(jù),探究了過去55年的水熱季節(jié)性特征。分析指出,我國水熱季節(jié)性特征明顯,并存在區(qū)域性差異。降雪量有顯著增加趨勢,降水年內(nèi)變化幅度明顯減弱,其余水熱季節(jié)性特征未發(fā)生顯著變化。其次,發(fā)展了分別考慮降雪和雨熱季節(jié)性變化影響的流域水熱平衡模型。在Budyko框架下,通過分析流域可供蒸發(fā)的有效水量和有效能量,引入降雪比例因子,推導(dǎo)了考慮降雪影響的流域水熱平衡模型。模型表明,相同干旱指數(shù)條件下,降雪比例越大的流域有更高的徑流系數(shù)。另一方面,以隨機土壤水分模型為基礎(chǔ),推導(dǎo)了考慮季節(jié)性變化雨熱條件的土壤水分動態(tài)變化過程,并且采用全球7個通量站實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了模型驗證。基于推求的模型,理論分析了不同雨熱季節(jié)性特征對流域水熱平衡關(guān)系的影響,指出流域雨熱季節(jié)性特征越明顯,即雨熱年內(nèi)振幅差或相位差越大,降雨轉(zhuǎn)化為實際蒸發(fā)的比例越低。同時,采用190個MOPEX流域51年的水文數(shù)據(jù),驗證了理論分析結(jié)論的合理性。最后,開展了考慮水熱季節(jié)性影響的流域水熱平衡模型的應(yīng)用研究。通過對寒區(qū)典型流域黑河上游過去50年徑流增加的歸因分析,指出降雪比例提高對徑流增加的貢獻(xiàn)超過30%,同時預(yù)測未來氣候情景下該地區(qū)徑流會顯著增加。進(jìn)行了流域?qū)τ隉峒竟?jié)性變化的生態(tài)和水文響應(yīng)兩方面應(yīng)用探索:(1)理論探究了雨熱季節(jié)性特征與植被最優(yōu)根深的相互關(guān)系,并通過推求多年平均的流域數(shù)據(jù),從一定意義上驗證了這種關(guān)系的有效性;(2)歸因分析了我國282個流域的徑流變化,指出年內(nèi)降雨季節(jié)性的減弱對黃河、海河和遼河流域徑流變化有顯著貢獻(xiàn),以及傳統(tǒng)歸因方法高估了流域下墊面植被改變對徑流變化的影響。
【關(guān)鍵詞】：水熱季節(jié)性 流域水熱平衡 隨機土壤水分模型 氣候變化 生態(tài)水文響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P333
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 背景和意義9-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 流域水熱平衡關(guān)系研究11-14
• 1.2.2 水熱季節(jié)性的變化及影響研究14-16
• 1.2.3 氣候變化的流域水文響應(yīng)16-19
• 1.2.4 研究不足及主要挑戰(zhàn)19
• 1.3 技術(shù)路線和主要內(nèi)容19-22
• 第2章 中國水熱季節(jié)性特征及其變化22-43
• 2.1 概述22-23
• 2.2 研究數(shù)據(jù)與分析方法23-28
• 2.2.1 研究數(shù)據(jù)23-26
• 2.2.2 分析方法26-28
• 2.3 中國降雪特征變化28-35
• 2.3.1 年降雪的空間特征28-29
• 2.3.2 年降雪的趨勢變化29-32
• 2.3.3 月降雪特征分析32-34
• 2.3.4 日降雪特征分析34-35
• 2.4 中國水熱季節(jié)性變化35-41
• 2.4.1 水熱季節(jié)性表達(dá)35-36
• 2.4.2 潛在蒸散發(fā)季節(jié)性特征及其變化36-39
• 2.4.3 降水季節(jié)性特征及其變化39-41
• 2.5 小結(jié)41-43
• 第3章 降雪對流域水熱平衡的影響43-69
• 3.1 概述43
• 3.2 研究流域及數(shù)據(jù)43-45
• 3.2.1 研究流域概況43-44
• 3.2.2 流域數(shù)據(jù)資料44-45
• 3.3 降雪對流域水熱平衡的影響45-53
• 3.3.1 降雪對徑流影響的數(shù)據(jù)分析45-49
• 3.3.2 降雪對徑流影響的機理分析49-50
• 3.3.3 機理分析的有效性和敏感性分析50-53
• 3.4 考慮降雪因素的典型流域徑流變化分析53-67
• 3.4.1 黑河流域上游介紹53-55
• 3.4.2 水文氣象變化分析55-57
• 3.4.3 徑流變化歸因分析57-62
• 3.4.4 未來情景下徑流變化分析62-67
• 3.5 小結(jié)67-69
• 第4章 雨熱季節(jié)性對流域水熱平衡的影響69-103
• 4.1 概述69
• 4.2 土壤水分隨機動態(tài)變化關(guān)系的推導(dǎo)69-81
• 4.2.1 隨機土壤水分模型70-73
• 4.2.2 雨熱穩(wěn)態(tài)條件下的土壤水分73-75
• 4.2.3 雨熱季節(jié)性變化條件下的土壤水分75-78
• 4.2.4 土壤水分模型的誤差分析78-81
• 4.3 土壤水分隨機動態(tài)變化關(guān)系的驗證81-87
• 4.3.1 通量站介紹及數(shù)據(jù)處理82-84
• 4.3.2 模型計算驗證84-87
• 4.4 流域水熱平衡受雨熱季節(jié)性影響的分析87-95
• 4.4.1 雨熱振幅的影響88-90
• 4.4.2 雨熱相差的影響90-92
• 4.4.3 對雨熱季節(jié)性變化的敏感性分析92-95
• 4.5 雨熱季節(jié)性對典型流域水熱平衡的影響分析95-101
• 4.5.1 研究數(shù)據(jù)及分析方法95-97
• 4.5.2 不同氣候類別流域的水熱平衡影響分析97-101
• 4.6 小結(jié)101-103
• 第5章 雨熱季節(jié)性變化的流域生態(tài)水文響應(yīng)103-126
• 5.1 概述103-104
• 5.2 基于邊際碳平衡假設(shè)的最優(yōu)根深理論分析104-109
• 5.2.1 邊際碳平衡假設(shè)104-105
• 5.2.2 不同雨熱季節(jié)性特征與最優(yōu)根深的關(guān)系105-109
• 5.3 典型流域土壤蓄水能力與氣候特征的關(guān)系109-113
• 5.3.1 土壤蓄水能力的計算109
• 5.3.2 土壤蓄水能力與雨熱季節(jié)性特征的相互關(guān)系109-113
• 5.4 雨熱季節(jié)性變化的流域水文響應(yīng)分析113-115
• 5.5 考慮季節(jié)性雨熱的中國徑流變化歸因分析115-125
• 5.5.1 中國流域徑流變化的歸因計算115-117
• 5.5.2 解構(gòu)歸因方法的有效性117-119
• 5.5.3 歸因結(jié)果分析及其與流域性質(zhì)的相互關(guān)系119-125
• 5.6 小結(jié)125-126
• 第6章 總結(jié)與展望126-130
• 6.1 主要成果126-128
• 6.2 主要創(chuàng)新點128-129
• 6.3 不足及展望129-130
• 參考文獻(xiàn)130-147
• 致謝147-149
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果149-150

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本文編號：991016