基于TRMM数据的和田河流域降水变化特征与径流的关系

论文摘要

降水作为全球地表物质交换、能量循环、生态系统和水文循环等过程的基础组成部分,是气候、水文及气象等研究领域的关键参数。传统的降水数据主要来自地面气象站点,但在高海拔地区站点布设不足,对于无资料或缺少资料的山区来说,揭示降水变化特征对促进区域经济发展,合理配置流域内的水资源显得尤为重要。另外,对西北干旱区来说,山区降水是地表水和地下水的重要补给源,降水特征的变化对径流变化以及区域水资流具有重要影响。河川径流对全球气候变化的响应与降水的变化密切相关,尤其是在干旱地区。因此,分析干旱区典型流域山区降水的时空变化特征及影响因素,明确降水与径流的关系对于深入了解山区气候背景,揭示干旱区的水文循环和水文过程具有实际指导意义。本文以资料稀缺的地区——和田河流域为研究对象,首先利用GRA（Geographical Ratio Analysis）校准方法,结合研究区实测站点资料对TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）3B43月降水数据进行校正;其次,分析低山区、中山区、高山区和极高山区等不同高程区的降水变化特征及其差异性,并研究地理和环流因子对和田河流域降水变化的影响;最后,分析和田河流域降水与径流之间的关系,并定量评估山区降水变化对径流变化的影响。研究结论如下:（1）采用GRA校准方法对和田河流域1998-2015年TRMM 3B43降水数据进行月尺度和年尺度上的校正。月尺度上,校准期（1998-2010年）,校正前TRMM月降水数据与实测降水量存在较大误差,尤其是在极值点上,两者的结果存在显著差异。而经GRA校正之后的降水数据与实测站点数据变化趋势基本保持一致,从相关系数来看,各月份TRMM校正数据与实测降水的相关系数大幅增加,介于0.86-0.99之间,且均达到P<0.001的显著性水平检验。验证期（2011-2015年）,校正后TRMM月降水量数据与实测站点降水量数据在时间序列上变化趋势基本保持一致,且各月份TRMM数据与实测降水数据的相关系数均达到0.80以上（P<0.001）。年尺度上,校准期（1998-2010年）,校正前TRMM数据与实测降水数据之间的相关系数为0.56（P<0.001）,而经校正之后两者的相关系数高达0.94（P<0.001）。同时,|BIAS|和RMSE指标值分别降低了50%和16.79%。验证期（2011-2015年）,TRMM数据与实测降水数据之间的相关系数达到0.95（P<0.001）。说明GRA方法适用于研究区TRMM降水资料的校正,而且校正后的结果基本反映了和田河流域降水的真实变化特征。（2）对和田河流域降水在不同时间和不同空间尺度上的变化特征进行了深入研究。从时间变化来看,1998-2015年和田河流域年均降水量呈减少趋势,速率为-2.25mm/10a,但该趋势并未通过P<0.05的显著性水平检验。春季和秋季降水均呈减少趋势且变化较明显（速率分别为-1.19mm/10a和-2.77mm/10a）,而夏季和冬季降水为上升态势且变化较小（速率分别为0.25mm/10a和0.22mm/10a）。从空间分布来看,该区域低、中山区年均降水量小（分别为67.31mm和112.88mm）,高山和极高山区年均降水量大（分别为167.56mm和197.98mm）,呈现由南向北逐渐减少的空间分布特征。从空间变化来看,和田河流域春、秋季降水下降的地区所占面积超过80%,其中低山区降水最稳定（速率分别为-0.10mm/10a和0mm/10a）,极高山区降水变化速率最大（分别达到-1.10mm/10a和-1.70mm/10a）。夏、冬季降水呈上升的区域面积超过60%,均为中山区降水变化最明显（分别为-0.90mm/10a和0.09mm/10a）,而平均变化速率最小的地区夏季集中在极高山区（0.33mm/10a）,冬季为低山区（-0.01mm/10a）。（3）分析地理和环流因子对和田河流域降水变化的影响。经度、纬度和海拔对和田河流域年和季节降水的贡献均较大,是影响和田河流域降水变化的主要因素;坡度主要影响春季和夏季降水,而坡向对各季节降水的影响均较小。其中,每增加单位经度年降水量平均增加5.96mm,经度变化对夏季降水的影响最大;每增加单位纬度年降水量平均增多1.19mm,同样是夏季降水对纬度变化最敏感;海拔高度每增加100m使年降水平均增加近3.3mm,夏季降水随海拔升高的增加量最大,增加率为1.8mm/100m。另外,环流因子对和田河流域夏季降水也有一定的影响。其中,夏季降水与亚洲区极涡强度指数相关性最高,相关系数高达0.63（P<0.001）;其次是与东亚槽强度和太阳黑子的相关性,相关系数分别为-0.55和0.52（P<0.01）;与北半球极涡面积指数的相关性也达到了P<0.05水平下显著性检验,系数为0.47。（4）1998-2015年,和田河流域年径流量呈波动上升趋势,变化率为11.21×108m3/10a（P<0.05）。各季节径流量均呈上升趋势,其中夏季径流变化趋势最明显,为6.09×108m3/10a。夏季径流量最大,为34.11×108m3,占全年的比例高达70.54%,尤其集中在7-8月份。其次是春季和秋季,多年平均径流量分别为5.01×108m3和6.53×108m3,占全年比例分别为10.37%和13.50%;其变化速率分别为2.11×108m3/10a和1.67×108m3/10a。而冬季径流变化最稳定（0.60×108m3/10a）,径流量（2.70×108m3）所占比重也最少,仅为5.59%,其中2月径流量仅为0.84×108m3。（5）1998-2015年和田河流域年平均径流量与降水量具有一定的同步性,相关系数为0.45（P<0.05）。其中,低山区和中山区降水与径流的相关性最高,相关系数分别为0.62（P<0.05）和0.55（P<0.05）。和田河流域仅夏季平均降水量与径流量有较高的相关性（达到0.39）,其中低山区降水量与径流量的相关系数最高,为0.59（P<0.05）。其他季节降水量与径流量的相关系数均小于0.15,相关性较差。（6）1998-2015年,和田河流域年径流量对降水量变化的敏感性系数为0.24,意即降水变化1%,将引起河流平均年径流量变化0.24%。其中,河流径流量对低山区降水量的变化最为敏感,系数为0.33;河流径流量对中山区与高山区降水量的敏感性相当,敏感系数分别为0.26和0.23;年径流量对极高山区降水变化的敏感性最低,其敏感系数仅为0.11。1998-2015年降水变化引起和田河流域河流平均年径流量变化了-6.08%。其中,高山区降水变化引发河流年径流量变化率最大,为-6.01%。低山区、中山区和极高山区降水变化导致河流年径流量的变化率分别为-3.66%、-3.62%和-3.67%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题背景与意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 TRMM降水数据精度评估与校准方法
•     1.2.2 山区降水的研究进展
•     1.2.3 降水与径流的关系研究
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 拟解决的关键问题
•     1.3.4 技术路线
•   1.4 论文创新点
• 第2章 研究区概况和研究方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 自然地理概况
•     2.1.2 社会经济概况
•   2.2 数据来源
•     2.2.1 TRMM数据
•     2.2.2 气象及水文站点数据
•     2.2.3 DEM数据
•   2.3 研究方法
• 第3章 TRMM数据在和田河流域的精度评估及校准
•   3.1 月尺度
•   3.2 年尺度
•   3.3 本章小结
• 第4章 基于TRMM校正数据的和田河流域降水时空变化特征
•   4.1 不同时间尺度的降水变化特征
•     4.1.1 年变化特征
•     4.1.2 季节变化特征
•   4.2 不同海拔高度的降水变化特征
•   4.3 降水变化的影响因素
•     4.3.1 地理因子
•     4.3.2 环流因子
•   4.4 本章小结
• 第5章 不同时空尺度下和田河流域山区降水与径流的关系研究
•   5.1 不同时间尺度的径流变化特征
•     5.1.1 年变化特征
•     5.1.2 月和季节变化特征
•   5.2 不同时空尺度的山区降水与径流关系分析
•     5.2.1 不同时间尺度的山区降水与径流关系分析
•     5.2.2 不同海拔高度的山区降水与径流关系分析
•   5.3 定量评估山区降水变化对径流变化的影响
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及参与项目
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑吉莉

导师: 李宝富

关键词: 降水,径流,时空变化,定量评估,和田河流域

来源: 曲阜师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 曲阜师范大学

分类号: P333.1

总页数: 55

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