不同气候变化情景下的水文响应研究

摘要

大多数气候变化对水文水资源影响的研究通常以GCMs输出构建未来气候变化情景，缺少对多种气候变化情景生成技术的综合考察。本文采用GCMs输出和随机天气模型两种技术生成未来气候变化情景，通过分布式陆面水文模型VIC，研究我国南水北调中线工程水源地-汉江流域在气候变化情景下的水文响应。 采用地理信息系统构建数字流域水系，利用美国马里兰大学全球1km土地覆被数据描述研究区域的植被空间分布，基于陆面数据同化系统LDAS和相关文献确定各类植被的参数，采用大尺度陆面水文模型VIC对汉江上游汉中水文站集水区域的日径流过程进行模拟。结果表明：VIC模型适用于该地区气候变化对水文水资源影响的研究，能合理地模拟汉中水文站的日径流过程，年均确定性系数达0.8，年均径流深相对误差达±12％。 采用小波分析(Wavelet analysis)方法以及Mann-Kendall趋势检验法对汉江上游1951-2006年的气候情势进行了检验分析，结果表明，该地区气温呈明显的上升趋势，而降雨量则呈减少趋势；评估了区域气候模型PRECIS和随机天气模型NCC/GU-WG对汉江上游气候模拟能力，以IPCC-SRES温室气体排放情景下PRECIS模型输出和NCC/GU=WG模型生成的随机天气序列构建了汉江上游未来气候变化情景，并对两种气候情景进行了比较。基于汉中流域5min网格系统和VIC模型构建的汉中流域气候变化对径流影响评估模型，并与区域气候模型PRECIS、随机天气模型NCC/GU-WG单向连接，评测IPCC-SRES温室气体排放情景以及随机天气序列情景下汉中流域的径流和极端水文事件的变化趋势。结果表明：IPCC-SRES温室气体排放情景下，汉中流域未来(2010-2100年)多年平均径流深较基准年(1961--1990年)有所减少，表明该地区未来发生干旱的可能性增大；2080s发生干旱的可能性较基准年增大，其中高排放情景A1和A2发生干旱的可能性显著增加；随机天气序列情景下，汉中流域未来多年平均径流深较基准年略增，但在各年代际均无显著变化。

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文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.1.1前言

1.1.2研究背景

1.2国内外研究进展

1.2.1流域水文模型

1.2.2陆面过程与陆面模式

1.2.3气候变化与水文水资源

1.3本文研究框架

1.3.1论文研究的目的和意义

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

第二章研究区域概况及资料数据

2.1研究区域概况

2.1.1地理环境

2.1.2气候特征

2.1.3水文特性

2.2资料数据

2.2.1地形资料

2.2.2土地覆被资料

2.2.3土壤资料

2.2.4气象资料

第三章VIC-3L模型在汉江上游流域适用性研究

3.1概述

3.2数字流域水系

3.3VIC模型概述

3.4 VIC-3L模型原理与结构

3.4.1土壤分层

3.4.2蒸散发计算

3.4.3径流机制

3.4.4汇流模块

3.5ⅥC-3L模型数值模拟

3.5.1模型参数

3.5.2气象强迫资料

3.5.3 VIC-3L模型应用

3.6小结

第四章汉江上游流域气候变化引起的水文响应

4.1概述

4.2汉江上游流域近50年气候变化分析

4.2.1汉江上游流域历史气温变化分析

4.2.2汉江上游流域历史降水变化分析

4.3汉江上游气候变化情景生成技术的数值评估

4.3.1汉江上游气候变化情景构建

4.3.2 PRECIS与NCC/GU-WG对汉江上游气候模拟能力的数值评估

4.4汉江上游流域气候变化情景分析

4.4.1气温变化分析

4.4.2降水变化分析

4.5汉中以上流域流域气候变化情景下的水文响应

4.5.1汉中以上流域流域气候变化对径流影响评估模型

4.5.2气候情景数据的解集与天气模型数据的重采样

4.5.3汉中以上流域气候变化情景下的径流变化

4.6小结

第五章结论与展望

5.1主要结论

5.2有待进一步研究的问题

参考文献

致谢