北方荒漠区降水时空变异性研究

摘要

中国北方荒漠区主要位于西北内陆河流域、黄河流域及内蒙古高原的干旱、半干旱地区,分属新疆、青海、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西、山西、河北等省和自治区,面积约340万平方公里,约占全国面积的35％。中国北方荒漠区降水稀少,时空分配极不均匀,不合理的土地资源利用导致生态与环境剧烈退化,是我国北方和东北亚地区的主要沙尘源地。生态与环境建设是该区实现社会经济可持续发展中面临的重大问题。研究荒漠区降水的时空变化特征及其变化趋势对荒漠地区退化生态系统植被的保护与恢复,区域社会经济与生态环境协调发展具有重要的指导意义。 本论文利用我国北方荒漠区35个典型气象站1955年至2005年的月降水资料,对我国北方荒漠区降水分异规律及其丰枯变化趋势进行了深入分析；利用中国科学院阜康荒漠生态站设在新疆三工河流域的降雨量观测网2007年5-8月降雨资料,对西北内陆干旱区山地-绿洲-荒漠系统(MODS)降水的空间变异特征进行了分析。主要结论如下： 1.在北方荒漠区降水时空变异方面,近50年来,我国北方荒漠区降水在时间和空间上均呈现出较大的变异性。预计未来,春、夏季降水将增多,冬季降水逐渐减少,年降水有增加趋势；降水年增幅较大的地区由内蒙古东部逐渐向西北偏移。存在5年、9年及准14年主周期,突变点分别位于1963、1988、1996和2001年；1988年以来降水以9年及14年周期为主。降水空间分布格局以“相间复杂”型和“东西相反”型(对北方荒漠区降水空间总体变化贡献率分别为35.8％和20.4％)为主,且新疆地区对北方荒漠区降水波动影响最大(对总体变化方差贡献为70.4％)。“相间复杂”型表征北方荒漠区受局部区域天气系统影响较大：“东西相反”型显示降水变化趋势自西向东依次减弱,西部有向暖湿变化中部地区趋于暖干而东部地区趋于干旱的可能。 2.在北方荒漠区降水时空变化趋势方面,各地单独丰水年的概率要高于单独枯水年,而发生连枯年的概率则高于连丰年；极端干旱区和干旱区的降水有增加趋势的地区概率分别为83％和70％,而半干旱地区降水有明显减少趋势的概率为58％。地处干旱区的新疆、青海及甘肃等地区降水将会增加,而地处半干旱区的内蒙古东部等地降水将会减少,降水年内分配的差异将变缓；北方荒漠区的西部和东部降水年际波动呈增加趋势,中部地区波动有变缓的趋势。变化范围在15％～78％之间,其中,新疆南部和青海的年际变化最大,大部分地区在变差系数40％以上,内蒙古地区相对平稳为28％左右。 3.在内陆干旱区MODS的降水时空变异方面,应用EOF及REOF法、地统计学方法分析三工河流域雨量观测网数据。结果表明：依据0-30km、30-60km及60-150km处的三个荷载区段,与三工河流域山地、绿洲及荒漠等3个不同景观的地貌单元南北距离吻合；降水增幅自山地、绿洲、荒漠依次减小；山区降水变异函数符合高斯模型,绿洲区降水变异函数符合球状模型,荒漠区降水变异函数各月模型不同。在研究尺度下由随机因素引起的降水空间异质性仅占总空间异质性的0％-9.57％,以空间自相关引起的空间异质性为主。基于各地各时段基台值、分维数及变程等特征参数变化,判定绿洲区的降水空间变异性最大,山地次之,沙漠区最小；各地貌单元降雨的空间各向异性不显著。就全流域而言,6月份降水空间异质性最为显著,8月空间变化最小,这与变异系数相吻合；降雨在南北方向(0°)和东南-西北方向(135°)变异性最强。

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Acknowledgements

第一章绪论

1.1中国北方荒漠区的水问题

1.1.1研究区域概况

1.1.2北方荒漠区的水问题

1.1.3研究背景

1.2降水时空变异性研究进展

1.2.1降水的时间序列分析方法

1.2.2降水的空间变异性研究方法

1.2.3尺度转化及插值研究

1.3研究领域的发展趋势

1.3.1研究尺度以及不同尺度的转化问题

1.3.2基于遥感以及地面联网监测的多途径信息来源

1.3.3多学科交叉的综合分析研究方法

1.4论文研究意义与创新点

1.4.1论文研究意义

1.4.2论文的创新点

第二章北方荒漠区降水变化的时间演变特征

2.1北方荒漠区降水稳定性

2.1.1资料来源

2.1.2降水稳定性分析方法

2.1.3北方荒漠区降水稳定性分析

2.1.4北方荒漠区降水年代际变化分析

2.2时间序列分析

2.2.1时间序列分析方法

2.2.2北方荒漠区降水的时间序列分析

2.3小结

第三章北方荒漠区降水空间变异特征

113.1北方荒漠区分区

3.1.1各分区概况

3.2北方荒漠区降水的空间分析

3.2.1降水空间结构特征

3.2.2北方荒漠区降水空间结构特性分析

3.3小结

第四章山地-绿洲-荒漠系统(MODS)降水时空变异性

4.1引言

4.1.1三工河流域概况

4.2.2三工河流域降水观测网布置

4.2降水空间变异分析理论

4.3三工河流域降水时空变异性分析

4.3.1资料前期分析

4.3.2三工河降水空间结构特征

4.3.3各向同性空间变异性分析

4.3.4各向异性空间变异性分析

4.3.5三工河流域降雨量插值

4.4小结

第五章北方荒漠区降水趋势分析

5.1降水趋势分析方法

5.1.1 Mann-Kendall秩次相关法

5.1.2气候趋势系数法

5.2北方荒漠区降水趋势分析

5.3小结

第六章结论与展望

6.1主要研究结论

6.2问题讨论

6.3展望

参考文献

致谢

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