未来气候模式下黄河流域径流变化归因研究

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中文摘要：径流是陆面水循环过程的核心环节，受气候变化和人类活动的综合影响较大。近几十年，全球变暖促使水循环发生剧烈变化，复杂的水资源演变格局加剧了水资源供需矛盾。黄河流域生态环境十分脆弱，水资源短缺、水土流失、土地沙化等问题十分突出，深入了解黄河流域径流形成及其对变化环境的响应机制具有重要意义，可为该流域水资源管理和水生态保护提供决策依据。但关于未来复杂环境对流域径流的驱动效应研究较少，这也是探究该流域未来水循环机理的关键所在。本论文以黄河流域为研究区，利用Delta降尺度和多模式集合等方法获取适用于该流域2022-2100年8km以下降水、温度、潜在蒸散发、植被覆盖度以及径流的CMIP6气候模式，采用经验正交函数(EmpiricalOrthogonalFunction，EOF)综合预估了其年代际尺度上的时空演变特征，提出了未来气候变化下植被覆盖度的奇异值分解(SingularValueDecomposition，SVD)模型，据此结合Budyko框架量化ssp126和ssp585情景下径流对气候和下垫面变化的响应机制，并进一步提出了植被覆盖度与径流的SVD模型，以此分析流域未来径流对各因素的响应过程。本文主要取得以下研究成果: (1)CMIP6模式对黄河流域降水、温度、潜在蒸散发等具有一定的适用性。对黄河流域未来月平均温度拟合最佳的模式有CESM2-WACCM、NorESM2-LM、ACCESS-CM2;对月平均降水量模拟较好的模式为ACCESS-ESM1-5、CESM2-WACCM、IPSL-CM6A-LR;GFDL-ESM4对黄河流域植被覆盖度模拟较好:CMCC-ESM2、FGOALS-f3-L、FIO-ESM-2-0模拟黄河流域的径流深效果最优;且多模式集合模型优于单一气候模式。 (2)在ssp126和ssp585情景下，2022-2100年降水、温度、潜在蒸散发均主要呈全区显著增加趋势，尤其在ssp585情景下，降水和温度升幅更明显，潜在蒸散发则相反;2022-2100年植被覆盖度均显著增加，表现为黄河源区(ssp126)或吉迈以下黄河源区(ssp585)与其他地区变化趋势相反的特征:黄河流域植被覆盖度与年平均温度的相关性大于年降水。在ssp126情景下，当黄河流域温度偏高时，黄河源区植被覆盖度整体偏小，除内流区外，中下游植被覆盖度整体偏大。而当流域南部降水偏少时，其南部和头道拐以下流域植被覆盖度偏小;在ssp585情景下，当流域温度偏低时，小川以上流域植被覆盖度偏大，而兰州至下河沿、石嘴山至龙门、北洛河、泾河和下游地区偏小。而当流域降水量偏少时，汾河、北洛河、泾河中下游、吉迈以上流域西部和下游地区植被覆盖度偏小。 (3)在不同情景下，2022-2100年黄河流域径流均主要呈全区一致增加的趋势;Budyko模型表明，径流深与潜在蒸散发、下垫面变化呈负相关，但与降水呈正相关。在ssp126情景下，吉迈以下的黄河源区下垫面变化导致径流增加，其他地区径流受下垫面变化的负向影响较大。而在流域南部降水减小和潜在蒸散发增加导致径流减小，与北部相反。在ssp585情景下，除2022-2040年，吉迈至下河沿区间下垫面变化和降水增加促进径流增加，渭河干流在2022-2080年受下垫面和降水的负向影响较大，而其他大部分中游地区则相反。SVD模型表明，ssp126情景下，当贵德至下河沿区间植被覆盖度偏小，而黄河源区植被覆盖度偏大时，黄河源区北部和河套平原北部地区径流偏小，泾河中下游径流偏大;ssp585情景下，小川以上流域植被覆盖度偏大，而小川至下河沿、泾河、北洛河和头道拐至龙门区间的植被覆盖度偏小时，流域径流则偏小。

作者：

朱天生

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关键词：

黄河流域径流变化 CMIP6 气候变化植被覆盖度

授予学位：

硕士

学科专业：

水文学及水资源

导师：

荐圣淇；胡彩虹

学位年度：

2022

学位授予单位：

郑州大学

语种：

中文

中图分类号：