基于地球数据产品降尺度的天山南坡典型流域气候—径流变化的综合模拟

发布时间：2020-03-31 12:22

【摘要】：位于中国西北干旱地区的内陆河流域,伴随全球气候变暖,近20年来流域水资源供给形势变得越来越严峻。由于中国西北干旱区内陆河的源流区位于高海拔的山区,气象观测站点稀少,基于径流生成的物理机制,很难创建高精度的分布式水文模型和其他模型,评价气候变化及其对径流的影响。因此,有必要针对这些缺乏资料的源流区,构建一种基于地球数据产品定量评价气候变化对径流影响的综合模型。模拟和预测山区径流对西北内陆河流域的可持续发展和生态环境保护具有重要意义。本文以构建了一个基于地球数据产品降尺度,检验气候变化趋势,构建人工神经网络并进行权重连接的综合模型,定量评价气温和降水对山区径流的贡献,并在天山南坡的典型流域开都河,阿克苏河源流区的库玛拉克河和托什干河进行应用,研究结果表明:(1)基于地球数据产品降尺度可以有效重构缺资料流域的气候变化特征。在众多再分析数据中,MERRA气温数据和中国地面降水月值格点数据集对天山南坡山区流域的气温和降水模拟精度最优,空间分辨率最高。基于地球数据产品,依据海拔,依据月份动态计算气温递减率和降水梯度,对气温和降水再分析产品进行降尺度,良好地揭示了气象水文站点稀少的天山南坡流域的历史气候变化特征。(2)综合模型可以应用于中国西北干旱区内陆河流域缺乏实测站点的山区流域。基于地球数据产品降尺度,检验气候变化趋势,构建人工神经网络并进行权重连接,定量评价气温和降水对山区径流的贡献,基于CMIP5多模式集合降尺度预测未来气候-径流变化的综合模型,揭示流域气候变化特征及对径流的贡献。(3)天山南坡典型流域开都河和阿克苏源流区在近30年来呈现暖湿化的趋势。降尺度的年平均温度和年降水量的平均值和斜率(变化率)的空间分布揭示了气温和降水的时空变化特征。EEMD分解揭示了天山南坡典型流域气候-径流变化的周期和多尺度变化特征。开都河和阿克苏河源流区的气温和降水呈现3个月的季节性周期变化。年代际尺度上的径流流量受气温和降水因子的共同影响。从最后一个年代际的变化趋势来看,开都河和阿克苏河源流区最近10年的气温趋缓是暂时的,在未来依然会继续上升,而开都河和阿克苏河源流区的径流在未来十年随着温度的升高呈现出继续增加的趋势。(4)基于BPANN人工神经网络和权重连接法可以有效的定量评价气温和降水变化对径流的贡献。气温和降水对开都河径流的贡献分别为44.21±2.08%和55.79±2.08%,对库玛拉克河径流的贡献分别为60.09±8.90%和39.91±8.90%,对托什干河径流的贡献分别为45.75±8.53%和54.25±8.53%,库玛拉克河流域主要受气温影响,而开都河和托什干河流域受降水影响更大。(5)基于CMIP5多模式集合RCP4.5情景,未来30年,天山南坡典型流域的气温和径流都呈现增加趋势,降水呈现下降趋势。从2016年到2050年,开都河年平均温度以0.4℃/10年的速度呈现增加的趋势,库玛拉克河和托什干河流域的年均温也呈现显著增加趋势,增加速率均为0.3℃/10年。开都河的年降水量以2.1 mm/10年的速度减少,库玛拉克河和托什干河流域的年降水量也呈现下降趋势,下降速率分别为9.2 mm/10年,5.0 mm/10年。开都河年径流以0.4×10~8m~3/10年的速度呈现显著增加的趋势,库玛拉克河和托什干河流域的年径流也呈现增加趋势,增加速率分别均为3.5×10~8 m~3/10年和1.0×10~8 m~3/10年,增加趋势显著。
【图文】：

天山南坡位置与概况

开都河流域
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P333

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本文编号：2609070