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《兰州大学》 2011年
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基于区域气候模式和VIC模型的黑河流域陆气相互作用研究

陈亮  
【摘要】:气候和水资源是制约中国西北干旱区生态环境和人类社会和谐发展的重要因素。位于该地区的黑河流域作为中国第二大内陆河,正面临着植被退化、沙漠化加剧、水资源短缺等一系列严重的环境问题。对陆气相互作用的研究有助于认识流域内陆地表面与大气之间的水热交换过程,理解流域气候、植被、生态、水文的演变规律,并为流域的环境治理提供科学依据。 为分析黑河流域下垫面植被变化对区域气候的影响,以及气候变化下的水文响应,本文将区域气候模式RegCM3和陆面水文模型VIC引入黑河流域,通过敏感性分析来探索陆面与大气之间的相互作用。主要的研究内容包括以下几个方面:(1)使用ERA40再分析资料,通过模式的双层嵌套,对黑河流域1998年夏季的气温和降水进行了高分辨率(10km)模拟;(2)通过山区绿化、中游农田扩张和下游沙漠化三个敏感性试验分析了植被变化对流域气温和降水的影响;(3)以VIC模型为基础:并耦合汇流模型对1990~2006年黑河上游出山径流的模拟;(4)基于SDSM统计降尺度模型对GCM统计降尺度方法在黑河上游的适用性进行了探讨;(5)根据15种气候情景假设,分析了气候背景下的黑河流域上游出山径流的变化。 得出的结论有: (1)RegCM3区域气候模式能够很好地再现黑河流域气温场的时空分布特征。但气温的模拟在山区偏低,在沙漠偏高。RegCM3也较合理地模拟出了黑河流域的降水变化,但模拟能力仍有待改善。 (2)气候对下垫面变化的敏感性分析表明,上游的植被恢复将使山区温度降低,降雨增多。植被恢复所带来的良好气候条件将有利于植被的进一步恢复,但这种效应在北部荒漠地区并不显著。中游的农田扩张后,该地的温度下降,降水在上游明显增多,而在下游的局部地区有略微减小。因此,绿洲面积扩大一定程度上可能诱发绿洲边缘的荒漠化或者导致下游的荒漠化加剧。沙漠化加剧将导致流域的平均气温升高,降雨减少。荒漠化将通过其与气候的正反馈机制使流域的生态环境持续恶化并难以恢复。 (3)作为一个具有一定物理概念的大尺度水文模型,VIC模型能够有效地模拟黑河上游出山径流的变化。模型很好地反映了莺落峡站的月径流的变化趋势,但由于气候驱动数据和土壤参数的不足,模拟值较观测值小,在枯水期(冬季和春季)尤其明显。 (4)由于黑河上游地形复杂,小区域的气候特征与大尺度特征一定程度上并无显著相关性,无法利用统计降尺度来为VIC模型提供未来情景的气候驱动。径流对气候变化的敏感性分析,得到在相同气温变化情况下,降水的增多将导致径流增加;在相同的降水变化情况下,气温升高将导致径流减少。在气温和降水的共同作用下,降水对径流的影响起主导因素。气候变化对径流的影响在年内存在差别。气温升高将加大融雪径流,从而导致冬季和春季的径流增加,同时加剧了蒸散发引起夏季和秋季的径流减少。
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