水热季节性对流域水文的影响研究

发布时间：2017-10-08 00:34

  本文关键词：水热季节性对流域水文的影响研究

  更多相关文章： 水热季节性 流域水热平衡 随机土壤水分模型 气候变化 生态水文响应

【摘要】：流域水热平衡关系是流域水文研究的重要科学问题,也是流域综合管理的理论基础。气候变化背景下,水热总量和水热季节性(本文指降水的形态和雨热季节性变化特征)都发生了显著改变,并对流域生态水文过程产生深刻影响。本文通过发展完善考虑水热季节性影响的流域水热平衡模型,更好地认识了气候变化条件下的流域生态水文响应。首先,采用中国743个国家气象站数据,探究了过去55年的水热季节性特征。分析指出,我国水热季节性特征明显,并存在区域性差异。降雪量有显著增加趋势,降水年内变化幅度明显减弱,其余水热季节性特征未发生显著变化。其次,发展了分别考虑降雪和雨热季节性变化影响的流域水热平衡模型。在Budyko框架下,通过分析流域可供蒸发的有效水量和有效能量,引入降雪比例因子,推导了考虑降雪影响的流域水热平衡模型。模型表明,相同干旱指数条件下,降雪比例越大的流域有更高的径流系数。另一方面,以随机土壤水分模型为基础,推导了考虑季节性变化雨热条件的土壤水分动态变化过程,并且采用全球7个通量站实测数据进行了模型验证。基于推求的模型,理论分析了不同雨热季节性特征对流域水热平衡关系的影响,指出流域雨热季节性特征越明显,即雨热年内振幅差或相位差越大,降雨转化为实际蒸发的比例越低。同时,采用190个MOPEX流域51年的水文数据,验证了理论分析结论的合理性。最后,开展了考虑水热季节性影响的流域水热平衡模型的应用研究。通过对寒区典型流域黑河上游过去50年径流增加的归因分析,指出降雪比例提高对径流增加的贡献超过30%,同时预测未来气候情景下该地区径流会显著增加。进行了流域对雨热季节性变化的生态和水文响应两方面应用探索:(1)理论探究了雨热季节性特征与植被最优根深的相互关系,并通过推求多年平均的流域数据,从一定意义上验证了这种关系的有效性;(2)归因分析了我国282个流域的径流变化,指出年内降雨季节性的减弱对黄河、海河和辽河流域径流变化有显著贡献,以及传统归因方法高估了流域下垫面植被改变对径流变化的影响。
【关键词】：水热季节性 流域水热平衡 随机土壤水分模型 气候变化 生态水文响应
【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】：P333
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 背景和意义9-11
• 1.2 研究现状11-19
• 1.2.1 流域水热平衡关系研究11-14
• 1.2.2 水热季节性的变化及影响研究14-16
• 1.2.3 气候变化的流域水文响应16-19
• 1.2.4 研究不足及主要挑战19
• 1.3 技术路线和主要内容19-22
• 第2章 中国水热季节性特征及其变化22-43
• 2.1 概述22-23
• 2.2 研究数据与分析方法23-28
• 2.2.1 研究数据23-26
• 2.2.2 分析方法26-28
• 2.3 中国降雪特征变化28-35
• 2.3.1 年降雪的空间特征28-29
• 2.3.2 年降雪的趋势变化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 中国水热季节性变化35-41
• 2.4.1 水热季节性表达35-36
• 2.4.2 潜在蒸散发季节性特征及其变化36-39
• 2.4.3 降水季节性特征及其变化39-41
• 2.5 小结41-43
• 第3章 降雪对流域水热平衡的影响43-69
• 3.1 概述43
• 3.2 研究流域及数据43-45
• 3.2.1 研究流域概况43-44
• 3.2.2 流域数据资料44-45
• 3.3 降雪对流域水热平衡的影响45-53
• 3.3.1 降雪对径流影响的数据分析45-49
• 3.3.2 降雪对径流影响的机理分析49-50
• 3.3.3 机理分析的有效性和敏感性分析50-53
• 3.4 考虑降雪因素的典型流域径流变化分析53-67
• 3.4.1 黑河流域上游介绍53-55
• 3.4.2 水文气象变化分析55-57
• 3.4.3 径流变化归因分析57-62
• 3.4.4 未来情景下径流变化分析62-67
• 3.5 小结67-69
• 第4章 雨热季节性对流域水热平衡的影响69-103
• 4.1 概述69
• 4.2 土壤水分随机动态变化关系的推导69-81
• 4.2.1 随机土壤水分模型70-73
• 4.2.2 雨热稳态条件下的土壤水分73-75
• 4.2.3 雨热季节性变化条件下的土壤水分75-78
• 4.2.4 土壤水分模型的误差分析78-81
• 4.3 土壤水分随机动态变化关系的验证81-87
• 4.3.1 通量站介绍及数据处理82-84
• 4.3.2 模型计算验证84-87
• 4.4 流域水热平衡受雨热季节性影响的分析87-95
• 4.4.1 雨热振幅的影响88-90
• 4.4.2 雨热相差的影响90-92
• 4.4.3 对雨热季节性变化的敏感性分析92-95
• 4.5 雨热季节性对典型流域水热平衡的影响分析95-101
• 4.5.1 研究数据及分析方法95-97
• 4.5.2 不同气候类别流域的水热平衡影响分析97-101
• 4.6 小结101-103
• 第5章 雨热季节性变化的流域生态水文响应103-126
• 5.1 概述103-104
• 5.2 基于边际碳平衡假设的最优根深理论分析104-109
• 5.2.1 边际碳平衡假设104-105
• 5.2.2 不同雨热季节性特征与最优根深的关系105-109
• 5.3 典型流域土壤蓄水能力与气候特征的关系109-113
• 5.3.1 土壤蓄水能力的计算109
• 5.3.2 土壤蓄水能力与雨热季节性特征的相互关系109-113
• 5.4 雨热季节性变化的流域水文响应分析113-115
• 5.5 考虑季节性雨热的中国径流变化归因分析115-125
• 5.5.1 中国流域径流变化的归因计算115-117
• 5.5.2 解构归因方法的有效性117-119
• 5.5.3 归因结果分析及其与流域性质的相互关系119-125
• 5.6 小结125-126
• 第6章 总结与展望126-130
• 6.1 主要成果126-128
• 6.2 主要创新点128-129
• 6.3 不足及展望129-130
• 参考文献130-147
• 致谢147-149
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果149-150

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本文编号：991016