华北地区陆气水循环时空演化规律研究

论文题目: 华北地区陆气水循环时空演化规律研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 水文学及水资源

作者: 张利平

导师: 夏军,李崇银

关键词: 水循环,时空演化,水汽输送,干旱灾害,气候变化,华北地区

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来世界气候研究计划(WCRP)、国际水文计划(IHP)、世界气候研究计划国际地圈生物圈计划(IGBP)和全球能量与水循环试验计划(GEWEX)一直强调开展研究水文-大气耦合研究,开展逐日-季节时间尺度的“无缝隙”天气、气候和水文、水资源预测。水文预测包括降水、旱涝趋势、土壤湿度、径流、蒸散等诸多方面,预测的重点是大江大河流域的水文变化。在此基础上开展区域和流域水资源影响评价研究,评估气候变率和气候变化对区域和流域水文、水资源及经济、生态、环境的影响。 水作为地球生命的载体,其盈亏丰欠、质量品质等对社会经济的可持续发展有着相当大的限制作用。特别是对于生态环境较为脆弱而人类活动又较为频繁的地区,水资源的限制作用就更为突出。华北地区位于干旱半干旱地区,处在夏季风区的北缘,地域辽阔,资源丰富,是我国政治、经济、文化、交通的中心地带。该区位于气候脆弱带,对气候变化的响应极其敏感。自60年代中期以来,该地区降水持续偏少,特别是80年代到90年代最为显著,降水的持续减少造成了该地区长期缺水,近50年来有明显的暖干趋势,多年平均水资源总量约为500亿m~3,其中可利用的水量仅占60.9%。海滦河流域多年平均缺水252亿m~3(保证率50%),其中京津唐地区缺水1.5亿m~3(保证率50%)。全区水资源却与经济发展水平极不适应,人均、亩均水资源分别为422m~3和429m~3,不仅远低于全国人均水平2300m~3,而且也低于国际公认的维持区域发展的人均1000m~3临界值。由于华北地区生态环境的脆弱而人类活动非常频繁,水资源的限制作用就更为突出。山区来水大量减少,水资源量衰减严重,地下水过量开采,部分地区已经枯竭是中国华北地区当前面临的三大问题。这种干旱少雨的变化是否会持续下去,何时会转变,未来的水资源状况如何?这是目前人们普遍关心的问题,引起了各界人士广泛的注意和关切。 因此本文选择华北地区陆气水循环进行研究,可以跟踪国际研究趋势,顺应了当今国际研究趋势,加强气候学与水文学的交叉渗透,为发展我国的大气-水文耦合研究进行有益的探索,是国际前沿研究课题。在目前情况下,华北地区特别是京津唐地区缺水情况严重,供需水矛盾突出,随着人口的增长和经济的快速发展,水资源已成为全区社会、经济发展的瓶颈,干旱缺水严重制约着华北地区的可持续发展。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

第一节 问题的提出

1.1.1 水文循环及其大气过程

1.1.2 水文水资源响应气候变化的研究

1.1.3 中国华北地区的水问题

第二节 国内外研究现状

1.2.1 水文要素时空演变研究进展

1.2.2 我国东部地区降水异常规律的研究进展

1.2.3 大气水份研究进展

1.2.4 气候变化对水文水资源影晌的研究进展

第三节 论文的研究意义与创新点

1.3.1 本文的研究意义

1.3.2 本文各章内容安排

1.3.3 学位论文的创新性

第二章 水循环时空演化分析模型

第一节 资料来源和差补方法

2.1.1 资料来源

2.1.1 资料的插补方法

第二节 水循环演化的主要特性

2.2.1 水循环演化的确定性和随机性

2.2.2 水循环演化的趋势性

2.2.3 水循环演化的持续性和突变性

2.2.4 水循环演化的周期性

2.2.5 水循环演化的空间变异性

2.2.6 水循环要素之间相互关系研究

第三节 水循环演化分析模型

2.3.1 水循环演化的复杂性度量

2.3.2 趋势性诊断

2.3.3 累积距平法

2.3.4 突变性诊断

2.3.5 周期性诊断

2.3.6 水循环要素空间场演化分析模型

第三章 华北地区降水多时间尺度演变研究

第一节 华北地区自然概况

3.1.1 自然概况

3.1.2 社会经济情况

3.1.3 水资源开发利用现状

第二节 华北地区夏季降水的演变特征

3.2.1 华北地区气候特征

3.2.2 华北地区降水的季节变化特征

3.2.3 华北地区降水量的年际和年代际变化

3.2.4 华北地区降水量的周期分析

3.2.5 华北地区降水量的突变性和阶段性

3.2.6 华北地区旱涝年的确定

3.2.7 Hurst系数分析

3.2.8 小结

第三节 华北地区530年旱涝分析

3.3.1 北京市历史时期旱涝灾害的特点与规律分析

3.3.2 华北地区530年旱涝变化分析

第四章 华北地区降水空间变异分析

第一节 华北地区夏季平均降水量的分布及其稳定性

第二节 华北地区降水的空间特性研究

4.2.1 聚类分析在华北地区分区的应用

4.2.2 华北地区的分区

4.2.3 华北地区降水的空间特性分析

4.2.4 华北地区各区域降水量的特性分析

4.2.5 小结

第三节 华北地区严重旱涝年全国同期气候的分布特征

4.3.1 华北地区夏季严重旱涝年全国同期降水的分布特征

4.3.2 华北地区夏季严重旱涝年全国同期气温的分布特征

第五章 华北地区大气中的水汽输送特征及其对华北夏季降水的影响

第一节 海河流域水资源概况

5.1.1 海河流域水资源的变化特征

5.1.2 地表水资源量

5.1.3 地下水资源量

5.1.4 水资源总量

第二节 华北地区水文循环特征

5.2.1 水文循环概念模型

5.2.2 水文循环参数

5.2.3 华北地区水文循环特征

第三节 华北地区大气中的水汽输送年际演变特征

5.4.1 整层大气可降水量异常的变化

5.4.2 海河流域整层大气水汽的纬向和经向输送

第四节 华北地区严重旱涝年大气中的水汽输送特征及其对华北夏季降水的影响

5.4.1 夏季整层大气中多年平均水汽场、水汽输送场的特征

5.4.2 华北地区严重旱涝年大气水汽输送特征

第六章 干旱灾害成灾过程数值模拟研究

第一节 AREM数值预报模式

6.1.1 模式框架

6.1.2 模式边界条件

6.1.3 模式物理过程参数化

第二节 土壤水热传导模式

6.2.1 土壤水传导模式

6.2.2 土壤模式层间内边界上方案选取

6.2.3 土壤模式的差分计算方案

6.2.4 模型耦合方案的设计

第三节 结果分析

第七章 华北地区水循环对未来气候变化的响应

第一节 水循环对气候变化响应研究的方法

7.1.1 长系列水文气象资料的统计相关法

7.1.2 概念性水文模型模拟和假定气候情景推算径流变化法

7.1.3 水量热量平衡法

7.1.4 大气环流模型(GCMs)模拟方法

7.1.5 古代相似(Paleoanalogue)法

7.1.6 建立空间分布的流域模型

第二节 大尺度陆面水文模型VIC框架

7.2.1 模型框架

7.2.2 蒸发蒸腾模型

7.2.3 冠层水平衡

7.2.4 VIC-3L模型的径流机制

7.2.5 降雪

7.2.6 模型参数

第三节 华北地区水循环对未来气候变化的响应

第八章 结论与讨论

8.1 主要结论

8.2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

发布时间: 2006-03-27

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