渭河流域干旱特征及对气候变化的响应

摘要

根据渭河流域的气候特征与地理位置，利用该流域1960～2010年21个气象站的气象资料和5个水文站的径流量资料，对渭河流域近50年来的降水、气温变化特征进行分析；建立渭河流域综合干旱评价指标，对流域近50年干旱变化特征进行分析；建立渭河流域干旱风险评估模型，对流域干旱风险情况进行分析，并就干旱特征对气候变化的响应进行分析和研究。
　　本文主要研究内容和成果如下：
　　（1）采用统计方法和反距离加权平均差值法等，分析了渭河流域各个分区降水和气温时空变化特征，研究结果表示：渭河流域及其各区域的年平均气温呈不断增加的趋势，年平均气温增长速率为0.227℃/10a。其中，渭河干流地区增长速率小于支流地区，气温增加最慢的是渭河下游地区；气温增加最快的是泾河流域。渭河流域降水变化趋势为山区大于平原，自南向北递减，渭河上游地区降水减少速率最快；区域降水以15.38mm/10a的速率减少。
　　（2）利用气象水文资料，计算渭河流域水文干旱指数（河道来水量距平百分率）和气象干旱指数（降水距平百分率、Palmer干旱指数、标准化降水指数），结果表明：不同的干旱指数对渭河流域干旱的评估有较大的差异，渭河中游地区干旱情况严峻，尤其是水文干旱严重；泾河流域普遍干旱较为严重，北洛河流域地区为干旱较为轻微的地区。
　　（3）建立渭河流域综合干旱评价指标，采用模糊综合评价法和熵权法提出流域综合干旱指数DI的计算方法，并以月为时间尺度，计算了渭河流域1961~2010的综合干旱指数，在此基础上，利用Mann-kendall法、小波分析法、t检验法分析了渭河流域干旱的时空变化趋势、周期、分布情况，结果表明：渭河流域各个分区均有越来越干旱的趋势，渭河中游变干趋势最为严重，北洛河流域最小。渭河中游地区发生干旱的次数最多频率最高；北洛河是干旱情况最好的区域。
　　（4）采用 Gamma分布、对数正态分布和指数分布对流域分区的干旱历时、干旱烈度进行拟合；利用Gumbel Copulas，Clayton Copulas以及Frank Copulas对历时烈度联合分布进行拟合；利用均方根误差法（RSME）确定拟合最优的函数，在此基础上，建立干旱评估模型，并确定流域干旱风险频率和重现期，结果表明：流域干旱历时和干旱烈度均使用Gamma分布拟合效果最好；联合干旱历时干旱烈度二元分布为Frank函数拟合效果最好。干旱风险最大的地区为渭河中游地区，该地区主要为咸阳和西安地区，其经济更为发达，发展迅速且人口密集，导致生活用水和工业用水需求增大，使得水资源需要更多的开发和利用；再加上城市化扩大带来的热岛效应和生态环境的破坏等等，这些均是加大干旱风险的因素。
　　（5）利用流域年、月的气温、降水数据，运用相关分析和数据归一化等方法研究渭河流域干旱与其气候要素的关系，并探讨干旱对区域气候变化在时间和空间上的响应机制，结果表明：近50年来，流域气温和降水与干旱指数分别呈现正和负的拟合关系；降水比气温对干旱的影响大，作用明显；降水量的增加带来的干旱程度缓解效果随时间逐渐变小。严重和极端干旱多发地区对于气温的变化更为敏感，响应更好；夏季干旱对降水的响应最弱，夏季相对降水不短缺，降水对干旱的影响力有所减弱，这种减弱的效果与区域降水量多寡成正比。

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英文摘要

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绪论

研究的背景及意义

国内外研究进展

研究内容和技术路线

渭河流域气候变化特征

自然地理概况

渭河流域气温变化特征

渭河流域降水变化特征

本章小结

渭河流域多种干旱指数计算

降水距平百分率

Palmer干旱指数

标准化降水指数

河道来水量距平百分率

本章小结

基于模糊综合法的渭河流域干旱评价

基于熵权法赋权的模糊评价因子权重确定方法

基于模糊综合法的干旱评价方法

渭河流域综合干旱指数计算过程

渭河流域干旱特征分析

本章小结

基于copula函数的渭河流域干旱风险分析

干旱风险评估模型构建方法

渭河流域干旱风险评估模型的建立

本章小结

渭河流域干旱对气候变化的响应

干旱对气候变化的响应关系

干旱对气候变化的时程响应

干旱对气候变化的空间响应

本章小结

结论与展望

主要结论

展望

致谢

参考文献