基于干旱指数和ENSO指数的水位重建--以湄公河和长江流域为例

摘要

水位变化的时空变化对监测极端水文事件和建立综合水管理系统十分重要，其能够有效的促进农业生产和区域的发展，这对以农业为主的区域——本文的研究区域（湄公河流域和长江流域）尤为重要。由于水位测站时空分布不均，需要采用空间覆盖广、时间连续的卫星遥感手段进行流域水位的监测。然而，现有的利用卫星测高和高分辨率卫星图像直接或间接的监测水位的方法存在一定的缺陷，因此本文采用基于热带降雨卫星(TRMM)和重力恢复和气候实验(GRACE)卫星获得的降雨量和大陆水储量来估算水位，然后通过标准化过程进行转化得到其相应的干旱指数:基于TRMM的标准降雨指数(TRMM-SPI)和GRACE干旱指数(GRACE-DSI)。得到干旱指数之后，首先建立干旱指数于标准化水位之间的相关关系，然后通过相关关系得到标准化水位估算值，最后对标准化水位估算值进行逆标准化过程，就得到了重建的水位序列。为了进一步提高TRMM降雨量和GRACE TWS及其相应的干旱指数的水位估算精度，本文引入了一种权重因子重新计算加权平均的流域降雨量和TWS，再按照上述步骤得到水位估算结果。本文还采用了一种传统的基于模型的干旱指数——帕默尔干旱指数(PDSI)来对水位进行重建，从而于上述卫星遥感得到的干旱指数进行对比分析。另外，由于湄公河流域和长江流域的水文情况均会受到厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)事件的影响，因此本文首先把ENSO事件融入到上述干旱指数的水位重建结果中对其进行分析，然后直接使用ENSO指数(Ni(n)o3.4区的海平面温度异常(SST)、南方涛动指数(SOI)和多元ENSO指数（MEI））按照干旱指数类似的过程进行水位重建。 本文最后的结论主要为以下几点: (1)PDSI在湄公河流域和长江流域的水位重建结果于实测水位吻合良好，且PDSI在湄公河流域的表现更好。另外，PDSI的湄公河流域水位重建结果在ENSO信息的辅助下得到了实质的提升。 (2)TRMM降雨量和GRACE TWS及其对应的干旱指数(TRMM-SPI和GRACE-DSI)的水位估算结果与实测水位均有较好的一致性。TRMM-SPI和GRACE-DSI的水位重建结果对比降雨量和TWS的拟合结果有了较大的提升。另外，加权过程对所有变量的水位估算结果都有实质上的提升。 (3)ENSO现象对上述所有水位估算结果都存在一定程度上的影响，且其对湄公河流域和长江流域的影响是相反的。ENSO指数的水位重建结果实测水位吻合度很好，ENSO指数在湄公河流域的表现更好，另外，三种ENSO指数中，SST指数在湄公河流域和长江流域的表现都相对较好。

目录

声明

摘要

1．1研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1水位监测研究现状

1．2．2干旱指数研究现状

1．2．3 ENSO事件研究现状

1．3研究内容和技术路线

1．3．1研究内容

1．3．2技术路线

第二章研究区域概况

2．1．2长江流域地理环境

2．2水文气候特征

2．2．1湄公河流域水文气候特征

2．2．2长江流域水文气候特征

3．1对地观测数据

3．2干旱指数的定义与分类

3．3传统基于对地测量的干旱指数PDSI

3．4基于遥感数据的干旱指数TRMM-SPI

3．5基于遥感数据的干旱指数GRACE-DSI

3．6厄尔尼诺南方涛动(ENSO)指数

第四章水位重建与预测方法及评估

4．1水位重建方法

4．2权重因子应用方法

4．3重建结果评估方法

第五章结果与分析

5．1基于传统干旱指数PDSI的水位重建和预测

5．2基于水文变量开发的干旱指数的水位重建和预测

5．3基于ENSO指数的水位重建和预测

6．1主要结论

6．2创新点和难点

6．2．1创新点分析

6．2．2难点分析

6．3展望

参考文献

后记

致谢