【作者】 田鹏
【关键词】 土地利用/覆被 统计降尺度 鄱阳湖流域 径流模拟 气候变化
【导师姓名】李靖
【学位名称】博士
【学位年度】2012
【授予单位】西北农林科技大学
【分类号】 F301;|P333.1;|P467
【录入时间】2017-05-14
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【摘要】近百年来，全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化。随着对气候变化深入的研究，气候变化与土地利用/覆被变化（LUCC）影响下的水文响应逐渐成为研究热点之一。鄱阳湖是我国最大的淡水湖，在长江水域体系中发挥着重要的调节作用。有鉴于2011年鄱阳湖流域地区遭遇到60多年来最严重的干旱，湖面面积较历史同期平均值缩减八成多，气候变化和土地利用/覆被变化对鄱阳湖流域水文过程的影响成为目前一项新的研究课题。应用流域水文模型模拟预测气候变化和土地利用/覆被变化对流域径流的影响，对于鄱阳湖流域的防洪防旱规划和水资源长期开发利用具有重要的理论与现实意义。本研究从气候变化和土地利用/覆被变化对流域径流的影响出发，利用鄱阳湖流域1953-2003年的水文气象资料，采用多种数理统计方法分析了流域近50年的气温、蒸发量、降水量和径流量的变化趋势及其突变特征。结果表明：气温、降水量和径流量均呈现增加趋势，气温以0.11℃/10a的速度显著升高；降水量以22.5mm/10a的速度增加。蒸发量呈减少趋势，减少速度为14.6mm/10a。气候的季节性变化明显，冬季气温大幅升高，夏季降水量显著增加，相反蒸发量显著减少。径流量在1990s初发生突变，与气候变化的突变期基本一致。选取赣江上游流域为典型研究区，应用SWAT分布式水文模型，将流域划分出598个水文响应单元进行径流的模拟，采用该流域1985-2000年的年、月和日实测径流数据，对模型参数进行率定和验证，确定了适合该流域的SWAT模型敏感参数范围。模拟结果表明，SWAT模型能够满足研究区径流变化的评价和分析精度要求，Nash系数和相关系数均超过0.6，满足模型模拟要求。通过设定不同土地利用/覆被和气候变化情景，定量分析了土地利用/覆被和气候变化对径流影响的贡献率。赣江上游流域气候变化及土地覆被变化对其径流的影响有以下特点：（1）气候变化是影响径流的主要因素，明显大于土地覆被变化的作用，就年平均径流量变化而言，95%是由气候变化造成的，而土地利用所造成的径流变化仅占5%；（2）在干旱气候条件下的径流响应最大，其次是平均气候，在气候湿润条件下，径流响应最小。为预测未来几十年气候变化对鄱阳湖流域水文过程的影响，基于国际上近年来对GCMs预测情景输出结果的降尺度理论，本研究应用SDSM统计降尺度模型，建立了赣江上游流域统计降尺度模式，并根据英国HadCM3模式输出的SRESA2和B2未来大尺度气候情景，预测了流域未来90年的气候变化情景。结果表明，未来90年赣江上游流域总体呈增温趋势，且由2020s到2080s上升幅度逐期加大，A2情景下的增温幅度大于B2情景，日最低气温的增温幅度略大于日最高气温；降水量的变化不明显，呈现微弱的增加趋势。最后通过全球气候模式与SWAT模型的耦合，研究赣江上游流域未来径流的变化。把降尺度生成的赣江上游流域各站点未来2010-2039年气温和降水量数据输入到SWAT分布式水文模型中，模拟2010-2039年流域径流变化，结果表明：未来30年，赣江上游流域的径流变化呈振荡减少趋势，但减少趋势不明显。...
【全文】近百年来，全球气候正经历一次以变暖为主要特征的显著变化。随着对气候变化深入的研究，气候变化与土地利用/覆被变化（LUCC）影响下的水文响应逐渐成为研究热点之一。鄱阳湖是我国最大的淡水湖，在长江水域体系中发挥着重要的调节作用。有鉴于2011年鄱阳湖流域地区遭遇到60多年来最严重的干旱，湖面面积较历史同期平均值缩减八成多，气候变化和土地利用/覆被变化对鄱阳湖流域水文过程的影响成为目前一项新的研究课题。应用流域水文模型模拟预测气候变化和土地利用/覆被变化对流域径流的影响，对于鄱阳湖流域的防洪防旱规划和水资源长期开发利用具有重要的理论与现实意义。本研究从气候变化和土地利用/覆被变化对流域径流的影响出发，利用鄱阳湖流域1953-2003年的水文气象资料，采用多种数理统计方法分析了流域近50年的气温、蒸发量、降水量和径流量的变化趋势及其突变特征。结果表明：气温、降水量和径流量均呈现增加趋势，气温以0.11℃/10a的速度显著升高；降水量以22.5mm/10a的速度增加。蒸发量呈减少趋势，减少速度为14.6mm/10a。气候的季节性变化明显，冬季气温大幅升高，夏季降水量显著增加，相反蒸发量显著减少。径流量在1990s初发生突变，与气候变化的突变期基本一致。选取赣江上游流域为典型研究区，应用SWAT分布式水文模型，将流域划分出598个水文响应单元进行径流的模拟，采用该流域1985-2000年的年、月和日实测径流数据，对模型参数进行率定和验证，确定了适合该流域的SWAT模型敏感参数范围。模拟结果表明，SWAT模型能够满足研究区径流变化的评价和分析精度要求，Nash系数和相关系数均超过0.6，满足模型模拟要求。通过设定不同土地利用/覆被和气候变化情景，定量分析了土地利用/覆被和气候变化对径流影响的贡献率。赣江上游流域气候变化及土地覆被变化对其径流的影响有以下特点：（1）气候变化是影响径流的主要因素，明显大于土地覆被变化的作用，就年平均径流量变化而言，95%是由气候变化造成的，而土地利用所造成的径流变化仅占5%；（2）在干旱气候条件下的径流响应最大，其次是平均气候，在气候湿润条件下，径流响应最小。为预测未来几十年气候变化对鄱阳湖流域水文过程的影响，基于国际上近年来对GCMs预测情景输出结果的降尺度理论，本研究应用SDSM统计降尺度模型，建立了赣江上游流域统计降尺度模式，并根据英国HadCM3模式输出的SRESA2和B2未来大尺度气候情景，预测了流域未来90年的气候变化情景。结果表明，未来90年赣江上游流域总体呈增温趋势，且由2020s到2080s上升幅度逐期加大，A2情景下的增温幅度大于B2情景，日最低气温的增温幅度略大于日最高气温；降水量的变化不明显，呈现微弱的增加趋势。最后通过全球气候模式与SWAT模型的耦合，研究赣江上游流域未来径流的变化。把降尺度生成的赣江上游流域各站点未来2010-2039年气温和降水量数据输入到SWAT分布式水文模型中，模拟2010-2039年流域径流变化，结果表明：未来30年，赣江上游流域的径流变化呈振荡减少趋势，但减少趋势不明显。