Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 气候变化背景下极端干旱的多元统计模型及应用研究 | |
| 其他题名 | Research on multi-variable statistical modeling of extreme drought events and its application under climate change |
| 佘敦先 | |
| 出版年 | 2013 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 夏军 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 摘要\n在当前气候变暖背景下，全球众多干旱区域的干旱和极端干旱发生可能性将增加，近几十年来，中国地区干旱和极端干旱事件频繁发生，给社会经济带来的不利影响和人民生存环境造成的危害日趋严重。本文选择我国北方典型区域黄河流域为研究对象，利用历史数据资料和近代水文气象观测数据，分析黄河流域干旱和极端干旱的时空演变规律，研究气候变化影响下的干旱多变量概率统计特征，建立考虑极端干旱事件的水资源脆弱性评价方法，论文主要的研究内容和研究结论如下：\n（1）过去几百年来黄河流域干旱和极端干旱的时空演变规律研究\n黄河流域过去50年有微弱的变旱趋势，近三十年来，黄河流域各等级干旱（微旱、中旱、重旱和极旱）都有朝着越来越频繁的方向发展的趋势。从空间分布来看，黄河流域的各等级干旱发生频次均具有东南低，西北高的特征。黄河流域月尺度和年尺度PDSI序列所给出的周期特征具有一定的相似性和一致性。在同一周期水平下，不同时间尺度（月尺度和年尺度）PDSI序列所呈现的干湿交替的出现时间具有一定的同步性。通过对黄河流域典型站点（太原、济南、固原和延安）1470-2009年旱涝等级序列数据的分析发现，延安的干旱频率出现较高，固原次之，太原和济南相对较少，而且近几十年，大部分站点都有朝着越来越旱方向演化的趋势。小波分析的结果表明，太原地区旱涝等级序列主要存在7年、9年、49年和90年左右时间尺度的周期，这与由PDSI指数给出的干湿交替周期存在一致性和相似性。\n（2）黄河流域中游地区极端干旱的分布和不同区域面临的干旱风险分析\n利用线性矩理论和方法，发现GNO分布能够更好的描述河龙区间和龙三区间的极端干旱期分布，而GPD分布能够更好的描述三花区间的极端干旱期分布。在不同的重现期水平下，极端干燥期的空间分布具有一定的相似性，均呈现出在黄河中游的南部地区从南向北递增，而在黄河中游的北部从东北向西北递增的趋势。在三个子区域中，河龙区间面临的干旱风险要高于其它两个区间。黄河中游夏季最长干旱期大多出现在1990年代，尤其是1997年。河龙区间和龙三区间夏季最长干旱期的平均长度呈现出不断增加的趋势，尤其是1980年代后，增加的趋势尤为明显，而三花区间的平均长度却处在一个变化的波动范围内，无明显增加减少趋势。\n（3）黄河流域干旱和极端干旱的多变量概率统计特征研究\n在选择的三种Copula函数中（Clayton、Frank和Gumbel Copula），具有上尾相关性质的Gumbel Copula函数能够较好的描述黄河流域干旱历时和干旱强度的二元相关结构，从重现期分析的结果来看，黄河流域北部地区比南部地区更容易遭受长历时和高强度的干旱。此外，通过构建的气候因子（降水量）同干旱变量之间的二元相关结构，发现Gumbel Copula能够很好的描述太原站前期累加降水量和干旱指数之间的关系，随着累加前期降水量的不断增加，发生极端干旱的概率，是持续的减小的，而发生重旱、中旱以及轻旱的概率则呈现出不同的变化趋势，干旱的发生概率先增加，当降水量达到一定的数值后，干旱的发生概率随之减少。\n（4）黄河流域考虑干旱的水资源脆弱性评价及适应性对策研究\n在综合考虑干旱对区域社会经济的影响、干旱发生的持续性和强度以及区域水资源对干旱的适应能力等多个要素的前提下，提出了考虑极端干旱的水资源脆弱性定义及评价方法。通过对2000年河南省的实例研究，结果表明：2000年许昌市处于极端脆弱性的水平，而鹤壁市的脆弱性较轻，处于较脆弱的水平，对于其它城市郑州、焦作、周口等9个城市处于强脆弱性水平，濮阳、三门峡、平顶山、济源、信阳、安阳和开封则处于脆弱的水平。\n本文构建的气象因子同干旱变量之间的二元Copula函数，以及混合Copula函数和其参数估计方法，对研究气候变化同干旱和极端干旱发生之间的关系，分析气候因子（如降水、气温等）改变时，干旱尤其是极端干旱发生概率、重现期的变化情况，探讨气候变化可能加剧极端干旱事件的程度，为科学评估气候变化背景下，干旱和极端干旱的发生频率、持续时间、发生强度的变化提供基础。考虑干旱的水资源脆弱性研究，为进一步分析气候变化背景下水资源脆弱性及适应性对策提供科学依据和技术支撑。\n \n关键词：黄河流域，极端干旱，时空演变规律，Copula函数，水资源脆弱性 |
| 英文摘要 | Abstract\nUnder the impact of global climate change, drought and extreme drought events in many current drought-prone regions may occur more frequently because of the decreased precipitation and enhanced evaporation. During the past several decades, the frequently happened extreme drought events have taken severe impact to agro-socio-economic activities in China. In this study, Yellow River Basin (YRB), located in the drought-prone regions of China, is selected as a research area to study extreme drought and its impact on water resources. Historical drought/flood information and modern observational hydrological and meteorological records are used, the spatio-temporal trend of extreme drought are analyzed, the multi-variable statistical models connected the climatic factors and drought variables are constructed, and the definition and evaluation method of water resources vulnerability considered drought are also proposed. The main contents and conclusions of this study are given as follows: |
| 中文关键词 | 黄河流域 ; 极端干旱 ; 时空演变规律 ; Copula函数 ; 水资源脆弱性 |
| 英文关键词 | Yellow River Basin extreme drought spatio-temporal analysis |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 自然地理学 |
| 来源机构 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287215 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 佘敦先. 气候变化背景下极端干旱的多元统计模型及应用研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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