Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 基于非线性方法的西北干旱区径流对气候变化的响应研究 | |
| 秦延华 | |
| 出版年 | 2018 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 导师 | 李宝富 |
| 学位授予单位 | 曲阜师范大学 |
| 中文摘要 | 西北干旱区以山盆相间的地貌格局为特点,对气候变化的响应尤为敏感;而且气候变化改变了水循环过程,加剧了干旱区水资源的不确定性。同时,气候-水文系统固有的非线性、非平稳性的特点,决定了气候和水文因子具有明显的不规则波动和非线性变化趋势。因此,在全球变化背景下,科学揭示内陆河径流对气候变化的非线性响应特征,对明确干旱区水循环过程演化机理具有重要意义。本研究基于近50年来西北干旱区气象及典型河流(和田河、开都河和黑河)的水文数据,运用集合经验模态分解方法(EEMD)和极点对称模态分解方法(ESMD)等非线性分解方法,从不同时间尺度上分析研究区气候和水文因子的非线性趋势时空变化规律及其关联性,并结合多元线性回归(MLR)、BP神经网络(BPANN)等方法建立径流集合预报模型,从而揭示不同时间尺度上径流对区域气候变化的非线性响应特征。最后,在非线性分解的基础上运用BPANN方法定量评估了西北干旱区典型河流气候变化和人类活动在不同时间尺度上对径流变化的影响。主要研究结果如下:(1)EEMD与ESMD方法都能较好的分解合成信号,并能反映西北干旱区气候因子的非线性变化趋势,分解结果可信度高。1960-2015年,西北干旱区年平均降水整体上呈现出显著的非线性上升趋势,其中在20世纪80年代后期开始发生转折。ESMD分解结果表明,降水变化在不同时间尺度的显著(P<0.05)主周期分别为3年(IMF1),6年(IMF2)和11年(IMF3)。其中,IMF1对降水总变化的方差贡献率最大,高达58%,表明准3年尺度振荡是构成年际振荡的主要部分,包含具有实际物理意义的信息最多。降水的非线性趋势变化形态可以分为6种类型,即上升型、先升后降型、先降后升型、先升后降再升型、先降后升再降型和下降型。同时,降水非线性趋势变化具有明显的空间差异性。其中,北疆降水以上升型为主,南疆降水的上升型和先降后升型居多,而河西走廊的降水变化类型相对多样,表现为6种类型兼有。(2)ESMD分解1960-2015年西北干旱区平均气温得到各模态的显著(P<0.05)主周期分别为3年(IMF1)、9年(IMF2)和14年(IMF3)。趋势项(RES)的变化对温度总变化的方差贡献率最大,高达46%。气温非线性趋势变化形态可分为与降水同样的6种类型且具有明显的空间差异性。其中,北疆气温以上升趋势为主要类型,河西走廊气温以上升型和先降后升型为主,而南疆的气温变化包括全部的6种类型,唯一一个下降型的站点位于南疆的北部。(3)西北干旱区典型河流(开都河、和田河和黑河)径流的非线性趋势变化特征分析可知,和田河夏季径流的显著(P<0.05)主周期分别为3年、6年和14年,开都河和黑河径流的显著(P<0.05)主周期分别为3年、14年、18年和2年、6年、18年。其中,3条河流分解得到的IMF1的贡献率均为最大,分别为58%、38%和36%,表明IMF1包含的具有实际物理意义的信息最多。另外,3条河流分解得到的趋势项均表现出非线性的上升趋势。(4)ESMD和EEMD对和田河径流和0℃层高度非线性分解结果的完备性明显高于小波分析(WA);而ESMD分解的各模态周期变化的显著性优于EEMD和WA。ESMD分解结果表明,和田河夏季径流在3年和6年尺度上振荡的方差贡献率最高,分别占径流总变化的59.51%和30.60%。年际尺度上夏季径流对0℃层高度响应明显,两者均具有准3年和6年的周期(P<0.05),而在年代际尺度上的变化周期略有差异,前者为准14年,后者为准18年(P<0.05)。另外,不同时间尺度上径流变化和0℃层高度的相关性具有明显差异,表明在不同时间尺度上气候变化对径流的影响程度不尽相同。(5)单一模型BPANN对径流的模拟精度高于线性回归法。同时,WA、EEMD和ESMD这3种非线性分解方法结合MLR建立的集合模型与单一模型MLR相比,预报精度得到提高,其中,ESMD-MLR模型的模拟值与原值的相关性最高,为0.735(P<0.01),AIC值最低(-6.978)。另外,与单一模型BPANN以及基于非线性分解方法结合MLR建立的集合模型相比,结合BPANN建立的集合模型预报精度得到较大提高,极值点的预报效果也得到优化。其中,ESMD-BPANN集合模型的模拟精度最高,模拟值与原值的相关性为0.853(P |
| 中文关键词 | 非线性趋势 ; 气候-径流过程 ; 多尺度响应 ; 集合预报 ; 西北干旱区 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1018229050.nh&DbName=CMFD2019 |
| 来源机构 | 曲阜师范大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/257801 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 秦延华. 基于非线性方法的西北干旱区径流对气候变化的响应研究[D]. 曲阜师范大学,2018. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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