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题名: 青藏高原纳木错流域水文过程观测与模拟研究
作者: 高坛光
答辩日期: 2011-05-01
导师: 康世昌 ; Peter Krause
专业: 自然地理学
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
学位: 博士
关键词: 青藏高原 ; 纳木错 ; 水文过程 ; J2000模型 ; 冰川径流 ; 水量平衡
摘要:

半个多世纪以来,在全球变暖的背景下,包括青藏高原在内的冰冻圈产生快速而深刻的变化。作为干旱半干旱区水资源重要组成部分的冰川对区域生态环境的平衡起着至关重要的作用。气候迅速变化导致青藏高原地区的冰川全面退缩。大规模的冰川融化极大的影响着其补给的湖泊和河流的水文过程,使得冰川退缩和湖泊变化与气候变化紧密相关。本文的研究区域纳木错流域位于青藏高原内流区,流域内河流、湖泊、冰川、冻土、湿地和高山草甸等环境要素多样,是地球系统科学研究的天然试验场,是青藏高原多圈层相互作用极具代表性的区域之一。本论文利用纳木错流域2006-2008年实测资料、1971-2009年气象资料和J2000水文模型对纳木错流域在这期间的水文过程和湖泊水量平衡进行了分析,得到如下结论:

1)明确了纳木错流域冰川和非冰川径流的夏季水文过程。纳木错流域径流存在较大的时间与空间变化。径流随气温与降水变化有明显的季节变化,径流丰水期为5-10月,且主要集中于78月;11-4月为枯水期。流域内径春、秋季节主要由地下水及潜流补给,夏季则以降水补给为主,但是不同径流组成成分差异巨大。冰川径流与非冰川径流的差异在于,冰川径流产流量较非冰川径流大,径流主要以降水和冰川融水为补给方式,非冰川径流主要以降水和地下水补给为主;降水在冰川流域下渗和拦蓄作用较非冰川流域强,不同水分之间的交换较强;基流(地下水及潜流)所占的比例,冰川径流在春、秋季较高,非冰川径流夏季较高;气温的变化仅作用于冰川径流,与非冰川径流没有相关性;对于降水的响应上,非冰川径流表现得要比冰川径流敏感。

2)介绍了基于物理的分布式水文模型J2000 的分布式概念、模型前处理、主要理论模块以及相应的模型软件系统JAMSJ2000水文模型的分布式概念基于3个不同层次(水文相应单元(HRU)、产流过程与汇流过程)的聚集。对传统意义上的水文响应单元(HRU)进行了修改。同时针对纳木错流域的实际情况,增加和改进了模型前处理和产流模块,包括增加了冰川模块、水量平衡模块,以及对降水和融雪模块的修正等,很大程度上扩展了分布式水文模型的通用性和优化模拟效果。

3)尝试了分布式水文模型J2000在纳木错流域典型冰川区曲噶流域的应用。在模型修正的基础上,使用了6种不同的融雪和融冰计算方法。通过采用Monte-Carlo-Analysis分析工具箱中Regional Sensitivity Analysis参数敏感性分析方法和MOCOM-UA参数优化方法等,对曲噶切流域和扎当流域进行了水文模拟及参数率定。结果显示气温-辐射融冰法(G2)和ANDERSONBRAUN融雪法(S3)的模拟效果最好,说明在冰雪消融的模型中,考虑较多气象参数的计算方法,其模拟效果更好。通过使用最佳模拟组合(G2+S3)和最优参数的应用发现,曲噶切流域上下游冰川消融补给占到整个流域的一半以上,且在季风来临前的67月对径流的贡献最大(上游流域分别为78.94%81.35%)。模型对扎当冰川物质平衡的模拟亦取得较好的效果,相关系数R²达到0.85(置信度0.05),尤其在夏季消融期。根据模拟的结果,降雪在曲噶切上下游占有较大比例(除2006年下游43%,其余年份均在50%以上,最高比例为上游200868%)。在考虑到冰/雪消融的水量之后,仍有相当比例水量的来源位置,需要在今后做进一步的研究。

4)构建了基于J2000模型的湖泊水量平衡模型,模拟了纳木错流域过去39年来的湖泊水量平衡过程,重建了纳木错湖从1971年至2009年湖泊水位变化历史。在此基础上讨论了纳木错流域各气象和水文元素的变化趋势,定量分析了降水和气温变化对湖泊水文变化的贡献。结果表明:过去39年来,纳木错湖泊水文呈波动上升趋势,共升高约7000mm,平均每年上升171mm,尤其是进入上世纪90年代中后期,上升速度明显加快,其平均速度是过去39年的2倍。通过对模拟结果的Mann-Kendall检验发现,在过去39年中,降水在波动中微弱上升,平均气温、日最低气温和北川径流等参数均有明显的升高,且突变年代与水文突变相同,均发生在90年代中后期。对流域的水量平衡分析表明,纳木错水文上升是气温和降水双重作用的结果。冰川径流对纳木错湖水的补给在20世纪呈增加趋势,进入21世纪,降水在纳木错湖水位上升中的作用中日益突出。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.itpcas.ac.cn/handle/131C11/1614
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高坛光.青藏高原纳木错流域水文过程观测与模拟研究 [博士].北京.中国科学院研究生院.2011
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