气候变化对汾河上游水文干旱的影响

论文摘要

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。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 水文干旱对气候变化响应研究进展

1.3 存在问题

1.4 研究内容、主要研究方法及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 主要研究方法

1.4.3 技术路线

第二章汾河上游流域概况及研究方法

2.1 自然地理条件

2.2 水文气象

2.3 水利工程概况

2.4 下垫面

2.4.1 土地利用

2.4.2 土壤分布

2.4.3 坡地分布

2.5 社会经济概况

2.6 历史干旱事件

2.7 研究方法

第三章水文干旱指数构建及主成分提取

3.1 径流序列概率分布

3.2 标准径流指数

3.3 水文干旱指数建立

3.4 主成分分析

3.5 本章小结

第四章水文干旱时空演变分析

4.1 水文干旱时间演变

4.1.1 趋势分析

4.1.2 周期分析

4.1.3 突变分析

4.2 水文干旱空间演变

4.2.1 极端干旱事件空间分布

4.2.2 干旱化趋势空间分布

4.3 本章小结

第五章地区性气象要素对水文干旱的影响

5.1 区域气象要素对水文干旱的影响

5.1.1 降水对水文干旱的影响

5.1.2 气温对水文干旱的影响

5.1.3 蒸发对水文干旱的影响

5.1.4 日照对水文干旱的影响

5.1.5 太阳辐射对水文干旱的影响

5.1.6 大气压对水文干旱的影响

5.1.7 水汽压对水文干旱的影响

5.1.8 风速对水文干旱的影响

5.1.9 区域气象干旱对水文干旱的影响

5.2 本章小结

第六章全球性大尺度气候模式对水文干旱的影响

6.1 ENSO事件对水文干旱的影响

6.2 北极涛动和北大西洋涛动对水文干旱的影响

6.3 太平洋年代际涛动对水文干旱的影响

6.4 太阳黑子对水文干旱的影响

6.5 东亚季风对水文干旱的影响

6.6 环流指数对水文干旱的影响

6.7 干旱对气候响应规律转变成因初探

6.8 本章小结

第七章结论与展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的主要科研项目

一、学术论文

二、主要科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 皮卫阳

导师: 赵雪花

关键词: 水文干旱,气象干旱,事件,大气涛动,太阳黑子,大气环流,小波分析

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,地球物理学

单位: 太原理工大学

基金: 山西省自然科学基金(201601D011054),国家青年科学基金(51509176)

分类号: P467;P333

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