气候变化对汾河上游水文干旱的影响

发布时间：2020-07-30 12:37

【摘要】：水文干旱是一种严重的自然灾害,影响着人们的正常生产生活。地区性气象要素的改变往往会直接左右水文干旱的发生,同时,在全球气候变化的背景下,干旱事件频发,全球性大尺度气候模式的变化直接或间接改变了原有的水文干旱形成规律,有必要提出新的理论和方法探求水文干旱对地区性气象要素和全球性大尺度气候模式的响应规律,研究结果对于水文干旱的形成机理分析和预报预警具有重要意义。本文首先根据汾河上游4个水文站(上静游、汾河水库、寨上、兰村)1956-2000年月径流资料分别建立各水文站6个时间尺度(1、3、6、12、24、48个月)标准径流指数(SRI),并进行趋势分析;通过主成分分析(PCA)从所有站点1个月尺度SRI中提取区域SRI表征区域水文干旱;对水文干旱进行时空演变分析;采用小波分析探究区域水文干旱对地区性气象要素的响应规律,基于汾河上游4个气象站1956-2000年月气象资料建立流域标准降水指数(SPI)和标准降水蒸散指数(SPEI),对各水文站6个时间尺度的SRI分别与流域SPI和SPEI进行同期对应相同尺度下相关分析,采用时移互相关分析、回归分析研究水文干旱与气象干旱的联系;同时,利用小波分析研究区域水文干旱与ENSO事件、海气系统涛动、太阳黑子、季风和大气环流等全球性气候因子之间的关系,探求全球性大尺度气候变化对水文干旱的影响;最后将气候变化与人类活动对区域水文干旱的影响对比分析。主要取得以下成果:(1)汾河上游水文干旱时空演变分析研究期内汾河上游呈干旱化趋向,干旱周期特性主要集中在70年代初期前后,表现为32个月和128个月振荡周期,干旱突变主要发生在70年代初期且与降水突变时间存在联系;汾河上游水文干旱空间分布与降水空间分布具有较强一致性,西北部干旱有所缓解,东南部干旱在加剧,水文干旱至西北向东南部蔓延。不同站点水文干旱时空变化规律具有较强一致性。(2)地区性气象要素对汾河上游水文干旱的影响降水、气温、蒸发、日照、太阳辐射、气象干旱、风速、大气压、水汽压等诸多地区性气象因子中,降水和气象干旱是汾河上游水文干旱的主要驱动力。降水与区域水文干旱SRI存在16-128个月的共振周期,并表现出强烈正相关,总体上降水平均超前干旱1-1.5个月。在12个月尺度以下二者也存在共振特性和正位相关系,但历时较短,降水与干旱指数在12个月尺度上还表现出间歇性准12个月尺度共振周期。气象干旱SPEI与区域水文干旱SRI呈现出强正位相关系,SPEI超前SRI约1-1.5个月,其中1956-1969年两者存在12-48个月和60-72个月共振周期,1970年以后二者的共振周期达到128个月,到1986其共振周期开始变短,主要分布在6-24和64-128个月。在1972-1984年气象干旱与区域水文干旱还呈现6-24个月共振周期。各站点水文干旱与气象干旱的相关系数随时间尺度的增加呈先增大后减小的规律,在12-24个月尺度上,相关系数达到最大,都通过了显著性检验;相同时间尺度下,4个水文站水文干旱与气象干旱相关程度差异较弱;12个月尺度以下,SRI与SPEI的相关程度较SRI与SPI更为紧密,12个月尺度以上,SRI与SPI的相关程度较SRI与SPEI更为紧密;12个月时间尺度时,汾河水库、寨上、兰村站点水文干旱滞后于气象干旱约1个月。(3)全球性大尺度气候模式对汾河上游水文干旱的影响ENSO事件、AO、NAO、太阳黑子、PDO、东亚季风诸多大尺度气候因子中,ENSO对区域水文干旱的影响强于其他因子。整个研究期间Nino3.4Inedx/MEI与区域水文干旱SRI呈负相关和存在共振周期,ENSO表现为厄尔尼诺事件时易诱发水文干旱,强度越大越明显,ENSO表现为拉尼娜事件时干旱有所缓解,但当强拉尼娜事件发生时反而会诱发干旱的发生。AO、NAO、PDO处在正位相易诱发干旱。大尺度大气环流因子与汾河上游水文干旱存在时频关系,尤其是副热带高压与水文干旱间具有很强的响应关系。(4)下垫面改变、工程措施、取用水情况等人类活动的干预可能是70年代后汾河上游水文干旱时空变化特性改变和对气候变化时频响应关系转变的原因。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P467;P333
【图文】：

技术路线

.1 自然地理条件汾河是黄河最主要的支流之一，也是山西境内第一大河。汾者，大也，汾河因此名。汾河地处东经 110°30'-113°32'，北纬 35°20'-39°00'之间，发源于忻州市宁武县东管涔山，自北向南流入黄河，贯穿大半个山西，干流直线长度 412.7km，流域面471km2，占全省面积 25.3%。宁武县河源至太原市兰村为汾河上游，此段为山区性，穿行于吕梁山区的崇山峻岭之间，山区高程多在 1100m 以上，河道长 217.6km，面积 7705km2，河流比降 3.68‰。图 2-1 为汾河流域河网、站点、高程和坐标等地息（DEM 数据来自地理空间数据云网站）分布及三维效果图。上静游、汾河水库上、兰村水文站自上而下依次分布在河道上。

图 2-2 汾河上游土地利用类型分布. 2-2 Land use types distribution in the upper reaches of Fenhe River 表 2-1 土地利用类型面积占比Tab. 2-1 Land use types area ratio分类码 土地利用 含义 面积占比（%）0 WATR 水域 0.4851 PINE 常绿针叶林 8.4844 FRSD 落叶阔叶林 0.0135 FRST 混合林、林地 13.3687 HAY 森林草原、干草 24.1608 RNGB 灌丛带 9.93910 RNGE 草地 35.59211 AGRL 耕地 7.960

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本文编号：2775553