气候统计诊断技术的应用及其软件开发

论文摘要

气候变化所引起的环境问题已引起各国政府的密切关注。本文以长江中下游地区的池州市、铜陵市及位于皖中沿江平原地区的长丰县为研究区域，主要做了以下三个方面的工作：1)对池州市和铜陵市近50a的气温和降水资料进行了统计诊断；2)利用DNDC9.3模型模拟了长丰县水稻田CH4和N2O的排放情况，并对模型进行了敏感性实验分析；3)基于Visual Basic6.0和Matlab2010a开发了气候统计诊断软件。主要研究结论总结如下：1.铜陵市19602008年气温和降水序列诊断情况：（1）铜陵市多年平均气温呈现显著性上升趋势（=0.05），气候倾向率为0.208℃/10a。近49a铜陵地区气温升高了约1.02℃。其中春季升温最明显，平均每10a升高0.351℃。（2）年内气温变化存在季节性差异。除夏季外，春、秋、冬三个季节气温均呈显著性上升趋势（=0.05），增温幅度从大到小依次为春季、冬季、秋季和夏季。其中，春季和冬季对全年均温增加贡献较大，而夏季贡献最小。（3）通过对铜陵站近49a年降水量进行小波分析，发现年季降水量均具有明显的多时间尺度特征。就年降水量而言，23a和2225a尺度周期振荡较强。季降水量方面：春季在2125a尺度周期振荡最强；夏季3a尺度周期振荡最强；秋季811a尺度周期振荡最强；冬季1116a尺度周期振荡最强。（4）根据年降水序列尺度周期变化，可知目前铜陵地区处于枯水期，但该振荡周期逐渐趋于闭合，铜陵地区将会在2010年左右进入一个新的丰水期。（5）铜陵地区主要降水多发生在春季和夏季。因此，这两季降水对区域水资源贡献起着重要作用。近3a小尺度上看，春季、夏季对年降水量变化贡献较大。近24a大尺度上，春季、秋季对年降水量变化贡献较大。2.池州市19602009年降水序列诊断情况：（1）池州市近50a降水序列呈微弱减少趋势。春秋两季降水呈减少趋势，趋势并不显著；夏冬两季呈增加趋势，其中冬季增加趋势显著。小波重构信号表明池州市近50a逐季降水序列存在45a的振荡周期，年内降水量夏季最多，冬季最少。（2）利用改进R/S分析法对研究区做Hurst指数实验，实验结果表明各月序列均存在一定强度的正/反持续性。其中夏季序列分形维数最大，复杂性程度高。（3）突变性分析表明池州市近50a降水存在两次突变现象，秋季降水序列在1986年左右发生了由丰到枯的突变现象，冬季降水序列在1999年左右发生由枯到丰的突变现象。3.长丰县水稻田CH4和N2O的排放情况：（1）选取的十二块实验样地2008年N2O排放通量为2.213.5kgN ha-1；CH4排放通量为55523kgC ha-1。长丰县水稻田2008年CH4和N2O年排放量分别为1.82×10-2TgC和3.03×10-4TgN。（2）对DNDC模型敏感性分析得：CH4对气温、土壤pH和SOC变化较为敏感，对雨水氮含量变化不敏感；N2O对SOC、土壤pH、气温和雨水中氮含量变化均敏感，其中敏感性关系不尽相同。4.基于Visual Basic6.0和Matlab2010a开发的气候统计诊断软件可以有效地对实测的气候统计资料进行基本的统计诊断，并绘制相应的图形。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图形清单
• 表格清单
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和研究意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及存在问题
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法
• 1.4.1 MK 检验法
• 1.4.2 改进 R/S 分析法
• 1.4.3 小波分析法
• 1.4.4 滑动 t 检验法
• 1.4.5 累积距平法
• 1.4.6 DNDC9.3 模型
• 2 研究区域概况
• 2.1 研究数据来源
• 2.2 研究区域地理概况
• 2.2.1 铜陵市
• 2.2.2 池州市
• 2.2.3 长丰县
• 3 结果与分析
• 3.1 铜陵市气温时间序列分析
• 3.1.1 铜陵市气温年际及年代变化
• 3.1.2 铜陵市气温季节性变化
• 3.2 铜陵市降水时间序列分析
• 3.2.1 铜陵市降水年际变化特征
• 3.2.2 铜陵市降水季节性变化特征
• 3.2.3 铜陵市降水序列的小波方差分析
• 3.3 池州市降水序列分析
• 3.3.1 池州市降水序列年季变化特征
• 3.3.2 池州市降水序列的 Hurst 指数分析
• 3.3.3 池州市降水序列的 MK 突变检验分析
• 3.4 长丰县水稻田系统 CH4和 N2O 排放机理研究
• 3.4.1 长丰县水稻田 CH4和 N2O 排放通量估算分析
• 3.4.2 DNDC9.3 模型敏感性实验分析
• 4 气候统计诊断软件的开发
• 4.1 气候统计诊断软件简介
• 4.2 气候统计诊断软件结构
• 4.2.1 软件主体
• 4.2.2 平稳性检验
• 4.2.3 显著性和突变性检验
• 4.2.4 曲线拟合
• 4.2.5 多尺度分析
• 4.2.6 分形维数
• 4.2.7 图形图像处理
• 5 结论与讨论
• 5.1 主要结论
• 5.2 讨论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简介