我国干旱变化规律及典型引黄灌区干旱预报方法研究

发布时间：2017-04-02 14:18

  本文关键词：我国干旱变化规律及典型引黄灌区干旱预报方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：特定的自然地理环境和季风气候决定了我国干旱频发。在气候变化和人类活动影响下,我国面临更加严峻的干旱形势。认识过去干旱变化规律有助于应对未来干旱情势。干旱预报对于指导抗旱,尤其是农业灌区的抗旱有着重要的实践意义。本文提出时空连续的干旱识别方法和干旱历时-面积-烈度的多变量频率分析方法;在此基础上,分析我国近50年的干旱时空变化规律;以华北平原典型引黄灌区为例,构建了基于长期径流预报和短期土壤墒情预报的引黄灌区干旱预报方法。干旱持续时间久、影响范围大,时空连续性是它的基本特征。传统的干旱研究往往针对某一区域,分析干旱随时间的变化;或者针对某一时段,分析干旱在空间上的变化。这种时间和空间分离的干旱分析方法无法揭示干旱的时空连续变化特征。本文提出了时空连续的干旱事件三维识别和度量方法,实现了对干旱时空特征的完整表达。在此基础上,提出了基于Copula函数的干旱历时-面积-烈度的三变量频率分析方法。采用SPI干旱指标,以我国西南地区为例进行应用,结果显示干旱识别结果与旱情记载情况相一致,计算得出2009年8月—2010年6月发生在我国西南的秋冬春连旱的重现期为94年一遇。分析我国1960—2012年主要气象因子以及干旱指标SPI、RDI、SPEI的变化趋势,并基于SPEI指标对我国非干燥区进行干旱事件识别和频率计算,分析近50余年我国干旱的时空变化规律。华北平原至长江中下游北岸一带干旱频发,是我国的干旱中心;西南地区、四川省东部和重庆、以及黄土高原一带呈变干趋势;青藏高原呈变湿趋势;研究区域共发生历时大于等于3个月的干旱176场,其中发生在1962年10月—1963年10月的干旱事件最严重,重现期为109年一遇;1960年代旱情最为严重,1980年以来我国干旱有增多趋势,且多集中于长江以南地区。华北平原是我国粮食主产区之一,也是我国的干旱中心。该地区农田灌溉主要依赖于引黄河径流,灌区干旱情况取决于本地降水和黄河来水的亏缺程度。以华北平原最大引黄灌区——位山灌区为例,采用Copula频率分析方法计算得到当地降水和黄河来水同时出现25%枯水情况的概率为10年一遇。基于SPI指标计算方法和Copula函数提出引黄灌区水文-气象综合干旱指标CHMI。采用随机森林模型进行黄河花园口径流中长期预报,利用ECMWF天气预报产品驱动生态水文模型(HELP)进行灌区土壤墒情滚动预报,两者相结合构成引黄灌区干旱预报方法。
【关键词】：干旱指标 干旱识别 干旱频率分析 干旱时空变化 干旱预报
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P426.616
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-21
• 1.2.1 干旱识别和度量方法10-14
• 1.2.2 干旱频率分析14-15
• 1.2.3 我国干旱时空变化规律15-17
• 1.2.4 干旱监测、预报与管理17-21
• 1.3 以往研究存在的主要问题21-23
• 1.4 论文研究思路和主要内容23-25
• 第2章 干旱事件时空连续识别方法25-41
• 2.1 概述25
• 2.2 干旱指标计算方法25-31
• 2.2.1 SPI指标的原理和计算方法25-28
• 2.2.2 RDI和SPEI指标计算方法28-31
• 2.3 时空连续的干旱事件三维识别方法31-35
• 2.3.1 干旱事件一维和二维识别方法31-32
• 2.3.2 干旱事件三维识别方法32-35
• 2.4 三维干旱识别方法在我国西南地区的应用35-40
• 2.4.1 研究区域和采用数据简介35-36
• 2.4.2 近50年我国西南地区干旱事件识别36-40
• 2.5 小结40-41
• 第3章 基于多变量的干旱频率分析方法41-64
• 3.1 概述41
• 3.2 基于Copula函数的多变量频率分析方法41-51
• 3.2.1 Sklar定理和Copula函数41-43
• 3.2.2 基于Copula函数的频率分析流程43-50
• 3.2.3 基于多变量联合概率分布的干旱重现期计算50-51
• 3.3 基于历时-面积-烈度的西南干旱频率计算51-59
• 3.3.1 干旱历时、面积和烈度的相关性分析51-53
• 3.3.2 基于单变量的干旱频率计算53-55
• 3.3.3 基于双变量的干旱频率计算55-56
• 3.3.4 基于三变量的干旱频率计算56-58
• 3.3.5 典型干旱事件的重现期计算58-59
• 3.4 频率分析中的不确定性讨论59-62
• 3.4.1 概率分布函数和Copula函数对重现期的影响59-61
• 3.4.2 取样干旱历时阈值对重现期的影响61-62
• 3.5 小结62-64
• 第4章 近50年我国干旱时空变化规律64-83
• 4.1 概述64
• 4.2 采用的数据及其处理64-66
• 4.3 影响干旱的气象因子的变化趋势66-70
• 4.4 干旱指标的变化趋势70-72
• 4.4.1 不同干旱指标比较70-71
• 4.4.2 不同干旱指标的变化趋势71-72
• 4.5 干旱事件时空变化分析72-81
• 4.5.1 近50年干旱事件识别及频率分析72-74
• 4.5.2 近50年干旱事件的时空演变规律74-79
• 4.5.3 典型干旱事件的时空变化过程79-81
• 4.6 小结81-83
• 第5章 华北平原典型引黄灌区干旱预报方法研究83-111
• 5.1 概述83
• 5.2 研究区域简介83-85
• 5.2.1 位山灌区简介83-84
• 5.2.2 位山生态水文观测站简介84-85
• 5.3 位山引黄灌区干旱特征分析85-92
• 5.3.1 黄河花园口天然径流过程模拟86-89
• 5.3.2 花园口水文干旱与位山灌区气象干旱的遭遇分析89-91
• 5.3.3 位山引黄灌区的干旱频率分析91-92
• 5.4 引黄灌区的水文-气象综合干旱指标92-95
• 5.4.1 综合干旱指标构建92-94
• 5.4.2 综合指标与单一指标的比较94-95
• 5.5 位山引黄灌区的干旱预报方法95-110
• 5.5.1 黄河花园口水文站的中长期径流预报96-101
• 5.5.2 位山引黄灌区土壤墒情短期预报101-109
• 5.5.3 基于干旱预报的位山引黄灌区灌溉管理109-110
• 5.6 小结110-111
• 第6章 总结与展望111-116
• 6.1 主要研究成果111-114
• 6.2 主要创新点114
• 6.3 研究中的不足及展望114-116
• 参考文献116-127
• 致谢127-129
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果129-130

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