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《浙江大学》 2011年
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基于统计降尺度模型的钱塘江流域干旱预测和评估

林盛吉  
【摘要】:随着人口增长、农业和工业用水需求量的增大以及全球环境的变化,干旱化趋势在进一步发展中。干旱已成为影响我国农业生产最为严重的自然灾害。干旱指数是干旱监测和预测的基础,近年来国内外学者已经研究了不少干旱评价的指标和方法,但尚未有相关工作研究气候变化下钱塘江流域的未来干旱情况,随着全球变暖,湿润地区干旱的预测和评估也同样引起了众人的关注。 本文首先利用DEM提取钱塘江流域水流路径、数字水系和流域边界等特征,以此基础构建数字流域,用于后期流域水文过程的模拟和干旱时空分析等。 论文中使用钱塘江流域23个气象站1951~2008年的月降水资料,利用Z指数和SPI通过求算给定时间尺度的累积概率,使其能够在多个时间尺度上进行计算,分析了钱塘江流域各站各季的干旱灾害情况、空间分布情况以及变化趋势情况,并着重分析了历史重大的干旱灾害的影响。 文中利用支持向量机等方法进行气候变化下干旱的预测。本文利用1961~2000年NCEP再分析资料与钱塘江流域23个气象台站的历史降水观测资料,并利用主成分分析(PCA)与支持向量机(SVM)相结合的统计降尺度方法,建立大尺度气候预报因子与钱塘江流域各气象站点各月降水的统计降尺度模型;将主成分分析和SVM相结合的统计降尺度模型应用于三种全球气候模式HadCM3、Ccsm3、Echam5分别在A1B、A2、B1排放情景下的预报因子,拟合钱塘江流域23个站点的当前降水变化情景以及预测未来30年(2011~2040年)的降雨情况。 干旱历时和干旱烈度是定量研究水文干旱事件的两个重要指标。利用解析的方法来推求干旱烈度概率分布或一定干旱历时对应的干旱烈度的条件概率分布还存在困难,目前最常用的方法是利用已有的理论分布来拟合干旱烈度的概率分布或条件概率分布,其拟合的好坏关键取决于对干旱烈度概率分布参数的估计。在假定干旱烈度服从GEV分布的基础上,利用线性距法对干旱烈度概率分布的参数做了较为精确的估计,同时计算了不同重现期的干旱烈度。重点分析了一定时期内极限干旱烈度概率分布以及钱塘江流域极限干旱烈度的期望值。 结论表明:Z指数和SPI在计算结果上取得了很好的一致性,并较为准确的标识出了钱塘江流域历年的干旱情况,多时间尺度SPI更符合钱塘江流域的实际情况。由于九种气候变化预测结果各有优劣,特定的模式和情景评价干旱效果不是完全一致。总体而言HadCM3、Echam5这两种气候模式的趋势模拟效果优于Ccsm3模式。 本研究成果对进行干旱预测和分析具有重要的借签意义,并且为湿润地区的干旱研究和监测提供了可靠的科学支持。
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