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《南京信息工程大学》 2007年
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基于GIS & RS的长江流域区域地表水循环研究

薛根元  
【摘要】： 本文基于GIS与RS技术，应用VIC-3L模式对长江流域区域地表水循环进行研究，研究区域选在褒河流域，主要研究结论如下： (1)不同高度、纬度、坡度等都会造成气候变量空间分布的非均匀性，这时即使用多次订正误差的逐步插值法仍无法真实反映温度的小地形效应。本文提出先用高斯权重法作插值，再作逐步订正以获得温度空间分布，可明显提高空间插值精度；提出SIA方法与统计回归法结合的降水插值方案，与其他相关插值方法的对比分析表明，这一方法的插值精度较高。 (2)应用ArcGIS技术提取水文模式参数。对比分析表明，这种由ArcGIS技术得到的流域内山地坡向、坡度，流域内河流流向、流速，流域边界与河网边界等与DEM计算结果相一致。 (3)遥感的叶面指数较好地反映了实际叶面指数的季节变化，且遥感植被类型真实反映了地表覆盖，地表植被类型分布与遥感地表类型更为接近。应用遥感资料再次分别对地表水平衡进行了模拟研究，结果表明，模拟结果较不使用遥感资料时有明显改善，特别是入江口流量的模拟结果改善更为明显。 (4)在地表水循环过程中，包括地表植被类型、土壤湿度、前期土壤湿度、地形和降水对地表径流都有可能对地表径流产生影响，进而影响到地表水循环。褒河流域1979-1984、1992-2001年地表水平衡各分量年平均值的空间分布的模拟结果表明，蒸发过程中植被蒸腾作用相对重要，地表土壤作用则相对较小。对于地表径流分布的模拟，土壤水分的空间差异不算太大，比较符合实际情况。对栅格时间序列的模拟结果表明，地表径流呈现出明显的年周期变化，这与气候与水文资料分析的结果一致的。 (5)对褒河流域所进行的模拟试验，得到均匀性农田植被时流量的模拟误差达到21.82％，应用传统的植被类型资料模拟流量时的误差有下降，但有比实际流量偏少现象，达到-14.23％；应用非均匀性遥感地表类型模拟的流量为误差最小，平均误差只有1.43％。可见，地表非均匀性对于地表水循环的影响很大，这种影响进而又影响着河流的流量变化。
【关键词】：GIS RS 陆面过程 VIC-3L模式 区域地表水循环
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P339
【目录】：
  • 摘要5-6
  • Abstract6-12
  • 第一章 绪言12-31
  • 1 研究背景与问题的提出12-14
  • 2 水文模型的研究进展14-18
  • 2.1 水文模型的发展14-15
  • 2.2 水文模型的分类15-16
  • 2.3 分布式水文模型的发展16-17
  • 2.4 中国水文模型的研究状况17-18
  • 3 陆面过程的研究动态18-20
  • 3.1 陆面过程的发展18-19
  • 3.2 陆面过程中的物理过程研究动态19-20
  • 4 VIC模式的建立与改进20-23
  • 4.1 VIC模式的建立20
  • 4.2 VIC模式的应用进展20-21
  • 4.3 VIC模式与气候模式的耦合21-22
  • 4.4 VIC模式的改进22-23
  • 5 GIS和 RS技术的应用23-24
  • 6 主要研究内容与方法24-25
  • 本章小结25-26
  • 参考文献26-31
  • 第二章 VIC模式的结构与特点31-50
  • 1 引言31-32
  • 2 VIC模式中的主要物理过程32-42
  • 2.1 基本结构与主要特点32-33
  • 2.2 辐射过程33-34
  • 2.2.1 总辐射的计算33
  • 2.2.2 地面和大气长波辐射计算33-34
  • 2.2.3 坡面上太阳辐射的计算34
  • 2.3 冠层中的水分平衡机制34-37
  • 2.3.1 冠层的蒸发机制34-35
  • 2.3.2 冠层蒸腾的计算35-37
  • 2.3.3 冠层水分平衡计算37
  • 2.4 土壤模型37-39
  • 2 4.1 土壤中温度与湿度控制方程37-38
  • 2.4.2 土壤中温度与湿度控制方程的差分解法38-39
  • 2.5 地表径流机制39-41
  • 2.5.1 裸地地表径流计算39-40
  • 2.5.2 裸地次地表层径流计算40
  • 2.5.3 垂直土壤水分流计算40-41
  • 2.5.4 植被覆盖条件下地表和次地表径流基流41
  • 2.6 空气动力学通量41-42
  • 3 VIC模式的汇流模型42-43
  • 3.1 汇流模型的发展42-43
  • 3.2 汇流模型建立的基本思想43
  • 3.2.1 时间尺度分离43
  • 3.2.2 河流汇流43
  • 4 VIC模式的改进与发展43-46
  • 4.1 VIC-3L模式的构造43-44
  • 4.2 地表径流44-46
  • 本章小结46-47
  • 参考文献47-50
  • 第三章 研究区域特点与数据准备50-62
  • 1 引言50
  • 2 RS资料在水文模拟中的应用50-51
  • 2.1 RS资料在数据准备中的应用50-51
  • 2.2 基于RS资料的植被覆盖算法51
  • 3 研究区域与模式的参数准备51-57
  • 3.1 研究区域与特点52
  • 3.2 模式参数52-56
  • 3.2.1 植被参数52-54
  • 3.2.2 土壤参数54-55
  • 3.2.3 模式主要参数55-56
  • 3.3 应用 RS资料得到褒河流域地表参数56-57
  • 3.4 气象强迫数据57
  • 4 DEM技术的应用57-59
  • 本章小结59-60
  • 参考文献60-62
  • 第四章 气候变量的空间分析62-90
  • 1 引言62
  • 2 一般温度空间分析方法62-66
  • 2.1 引入订正方案的高斯权重法63-64
  • 2.2 改进方案I——地形订正法64
  • 2.3 改进方案II——剩余误差订正法64-65
  • 2.4 改进方案在长江中上游流域的应用65-66
  • 3 降水空间分析方法66-72
  • 3.1 一般降水空间分析方法67
  • 3.1.1 整体插值法67
  • 3.1.2 局部插值法67
  • 3.1.3 混合插值法67
  • 3.1.4 综合插值法67
  • 3.1.5 结果检验评估67
  • 3.2 复杂地形条件下的降水空间分析方法67-72
  • 3.2.1 小流域降水的空间分析方案改进68-69
  • 3.2.2 降水空间分析结果分析69-70
  • 3.2.3 不同分辨率条件下气候变量的空间分析70-72
  • 4 基于GIS的降水逐步插值方法72-82
  • 4.1 插值研究区域及所用资料72-73
  • 4.1.1 插值研究区域72
  • 4.1.2 降水资料72-73
  • 4.1.3 GIS资料73
  • 4.2 插值方法73-76
  • 4.2.1 统计分析73
  • 4.2.2 逐步插值方法73-76
  • 4.3 计算结果76-82
  • 4.3.1 统计回归结果76-77
  • 4.3.2 SIA计算结果77-79
  • 4.3.3 SIA误差统计分析79-80
  • 4.3.4 SIA算法的效果分析80-82
  • 5 SIA方法与其他方法比较分析82-86
  • 5.1 年降水量 SIA空间插值方法的精度分析83-84
  • 5.2 月降水量 SIA空间插值方法的精度分析84-85
  • 5.3 日降水量 SIA空间插值方法的精度分析85-86
  • 本章小结86-87
  • 参考文献87-90
  • 第五章 区域地表水循环特征变化研究90-116
  • 1 引言90-93
  • 2 褒河区域地表水平衡研究93-99
  • 2.1 地表水平衡的模拟93-95
  • 2.2 地表水平衡分量的栅格时间序列分析95-97
  • 2.3 入江口流量变化研究97-99
  • 3 地表水循环特征的变化99-103
  • 3.1 1992-2001年平均地表水分量的空间分布特征99-100
  • 3.2 典型年份流域出水口流量的变化特征100-103
  • 4 基于 RS的地表水平衡模拟103-108
  • 4.1 基于 RS的地表水平衡模拟103-105
  • 4.2 基于 RS资料的入江口流量模拟105-108
  • 5 近10年区域地表水循环特征分析108-113
  • 5.1 地表水平衡分量差的演变108-109
  • 5.2 入江口河流流量的演变109-113
  • 本章小结113-114
  • 参考文献114-116
  • 第六章 植被非均匀性对地表水循环的影响研究116-130
  • 1 引言116-117
  • 2 褒河流域温度和降水的空间分析117-120
  • 2.1 日平均气温的空间插值分析118
  • 2.2 平均年降水量的空间插值分析118-120
  • 3 植被非均匀性对地表水平衡分量影响的分析120-123
  • 3.1 蒸散空间分布的分析120
  • 3.2 地表径流空间分布分析120-122
  • 3.3 土壤湿度分布的分析122
  • 3.4 雪升华分布的分析122-123
  • 4 植被非均匀性对地表水循环的影响123-127
  • 4.1 蒸散模拟结果123-125
  • 4.1.1 均匀落叶阔叶林地表的蒸发特点124
  • 4.1.2 均匀农田地表的蒸发特点124
  • 4.1.3 REDC提供的非均匀地表的蒸发特点124-125
  • 4.1.4 遥感非均匀地表的蒸发特点125
  • 4.2 地表非均匀性对江河多年流量的影响125-127
  • 本章小结127-128
  • 参考文献128-130
  • 第七章 总结130-139
  • 致谢139

【参考文献】
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4 欧洋;密云水库上游流域多尺度景观与水质响应关系研究[D];首都师范大学;2011年
5 郑毅;北运河流域洪水预报与调度系统研究及应用[D];清华大学;2009年
6 苏磊（Leszek Sobkowiak）;基于长江流域与多瑙河流域洪水的东亚与欧洲水文比较研究[D];河海大学;2004年
7 韩瑞光;大清河山丘区下垫面变化对洪水径流影响问题的研究[D];天津大学;2010年
8 周莉荔;塔里木河流域水资源市场配置研究[D];新疆农业大学;2010年
9 李整;流量影响线法及其在中小流域桥梁水文中的应用[D];中南大学;2011年
10 吴创收;华南流域人类活动和气候变化对入海水沙通量和三角洲演化的影响[D];华东师范大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周奇;好水川流域坝库功能转换理论与技术研究[D];宁夏大学;2013年
2 何敏;小流域风化剥蚀作用及碳侵蚀通量的初步研究[D];昆明理工大学;2009年
3 田迪;土地利用及流域特性对河流流量的影响研究[D];中国地质大学（北京）;2010年
4 李敏;流域水文预报模型知识管理[D];大连理工大学;2002年
5 陈飞;基于GIS的罗屿沟流域次降雨产流模拟研究[D];山东理工大学;2012年
6 石志民;基于蓄满超渗产流模式的分布式模型构建及应用[D];郑州大学;2013年
7 朱海涛;乐里河流域洪水预报模型与方案研究[D];广西大学;2013年
8 赵辉;PRMS_Storm模型在黑草河流域的应用[D];北京林业大学;2011年
9 冯伟;山西汾河水库水情自动测报系统的改进开发[D];太原理工大学;2012年
10 杨佳丽;甘肃梨园河流域径流模拟及对气候变化的响应[D];兰州大学;2010年
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