GRACE监测中亚地区陆地水储量变化研究

摘要

陆地水储量变化不仅对区域的气候变化、经济发展和人类生活有重要影响，而且在全球变化中扮演关键角色。中亚地区位于亚欧大陆腹地，地形复杂多变，以温带大陆性气候为主，年降水量在100-400mm，水资源十分宝贵。确定和分析陆地水储量的变化，有助于中亚地区对当前的环境变化和经济发展做出应对措施。本文使用GRACE Level-2RL05数据和水文模型GLDAS分析中亚地区2003-2012年的陆地水储量变化;使用CRU气候数据，在大尺度空间上分析陆地水储量对气候变化的响应。
　　本文构造了组合滤波器，来消除和减弱GRACE含有的误差。引入统计滤波来检验时间序列位系数的精度，对于通过F检验的系数保持不变，未通过检验的进行Fan滤波;统计检验的目的是减少位系数不必要的平滑，Fan滤波来压缩位系数前随机噪声。最后对所有的位系数进行去相关滤波，移除相关误差。
　　GRACE和GLDAS显示，中亚地区陆地水储量的空间变化均具有相异性。本文使用最小二乘谱分析捕捉水储量变化的线性和周期特征。在线性变化方面，中亚五国的陆地水储量在2003-2012年呈减少趋势，GRACE和GLDAS的速率分别达到6.13mm/yr和7.56mm/yr，GLDAS显示五国地区的水储量在1979-2012年呈减少变化;GRACE在青藏高原地区增加速率达到15.45mm/yr，而GLDAS呈减少趋势，速率为4.11mm/yr。在周年变化方面，GRACE在帕米尔高原及周边地区的周年振幅超过100mm，远高于其他地区，而GLDAS的振幅则在40mm以下。在流域尺度上，GRACE和GLDAS的变化比较类似，在咸海流域、巴尔喀什湖流域以及伊塞克湖流域，前者的振幅要高于后者，其中在咸海流域GRACE是GLDAS的两倍;由于塔里木河流域地处沙漠，GRACE和GLDAS的差异较大，前者速率在增加后者在减少。
　　降水和温度对中亚地区陆地水储量具有重要影响。CRU表明中亚地区具有升温趋势。中亚五国地区陆地水储量，尤其是土壤水的减少，一定程度上与升温趋势有关;在青藏高原和塔里木河流域，升温使两个区域周围的山地冰川消融，导致两个地区水储量增加。在降水方面，CRU显示中亚地区的降水总体平稳，降水对水储量变化的贡献较小。在流域尺度上，GRACE、GLDAS和降水异常的变化模式类似，降水异常可以视为水储量变化的“指示器”。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 GRACE水文应用

1．3 水文模型的应用

1．4 中亚水储量研究现状

1．5 本文研究内容及目标

1．6 本章小结

2 GRACE时变重力场滤波

2．1 GRACE重力场模型

2．2 高斯类滤波

2．3 空间域滤波

2．4 其他滤波方法

2．5 本章小结

3 水文模型

3．1 GLDAS水文模型

3．2 GLDAS数据处理

3．3 本章小结

4 中亚水储量变化

4．1 滤波策略

4．2 冰后回弹

4．3 最小二乘谱分析

4．4 区域变化

4．5 水储量变化的气候响应

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 未来展望

参考文献

科研论文及项目

致谢