青藏高原蒸发变化及其对干湿格局的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 姚天次 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 卢宏玮 |
| 关键词 | 青藏高原 蒸发皿蒸发量 潜在蒸散发 实际蒸散发 干湿格局 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 蒸发（即蒸发皿蒸发、潜在蒸散发和实际蒸散发）是水循环过程的关键环节，也是地表水热平衡的重要组成部分。作为“世界第三极”和“亚洲水塔”，青藏高原的蒸发变化不仅直接影响区域干湿格局并通过大气环流作用影响中国、亚洲乃至北半球的气候变化，还会显著影响冰冻圈水文过程和大江大河下游地区水资源演变。因此，研究青藏高原及其周边地区蒸发变化具有重要的理论和现实意义。本文基于青藏高原及其周边地区274个台站1970-2017年逐日气象观测资料、中国区域地面气象要素驱动数据集、3套目前广泛使用的实际蒸散发产品等多源异构数据，集成物理模型和统计学方法生成了研究区近四十年0.1°蒸发皿蒸发量、潜在蒸散发、实际蒸散发数据集，系统分析了三种不同尺度（站点、格点、区域）研究区蒸发皿蒸发量、潜在蒸散发、实际蒸散发的时空分异规律及其突变特征，并采用标准化降水指数（SPI）、标准化降水蒸散发指数（SPEI）和标准化蒸散发亏缺指数（SEDI）分析了蒸发在区域干湿演变中的潜在作用，主要研究内容和结论如下： （1）站点尺度潜在蒸发（即蒸发皿蒸发和潜在蒸散发）变化及其突变特征。基于气象站点观测资料，利用参数优化后的PenPan模型对274个站点蒸发皿蒸发量（Epan）的问题值和缺失值进行插补，生成一套时间序列连续性和均一性较好的站点尺度逐月蒸发皿蒸发量数据集；利用FAO Penman-Monteith（PM）方程估计了站点逐月潜在蒸散发量（ET0）并分析了年Epan和ET0的时空变化规律。结果表明：研究区站点年潜在蒸发时间序列具有明显的阶段性动态变化特征，大部分站点存在显著的均值和趋势突变；平均而言，年Epan均值突变发生在1996年，趋势突变发生在1989或2007年；空间上均值和趋势突变南部最早，北部次之，中部最迟，反映出西风与季风的控制作用。高原地区春季潜在蒸散发均值突变最早，冬季最晚；年、春、秋和冬季趋势转折时间由东北向西南推迟。在气温升高的背景下，“蒸发悖论”现象在站点尺度下基本不存在。 （2）格点尺度潜在蒸发变化及归因。以中国区域地面气象要素驱动数据集为输入资料，分别利用参数优化后的PenPan模型和PM方程生成了时空精度较高的1979-2017年逐月0.1°蒸发皿蒸发量（EPenPan）和潜在蒸散发（ETPM）数据集。分析两套数据发现：研究区年EPenPan和ETPM均在1993年前普遍下降，随后普遍加速上升。其中，1993年前EPenPan的变化主要归因于风速的减弱，1993后年EPenPan的增加主要来自饱和水汽压差和风速的影响；1993年前高原地区年ETPM的下降主要受净辐射减弱影响，周边地区主要由减小的饱和水汽压差驱动；1993年后两个区域年ETPM的增加分别归因于气温升高与风速增大的贡献。在持续升温的气候背景下，“蒸发悖论”现象在格点尺度主要发生在1993年前，之后基本不存在。 （3）已有实际蒸散发产品的不确定性评估。利用三角帽方法逐格点评估了目前广泛使用、精度较高、时间序列较长的3套月实际蒸散发产品（GLEAM、GLDAS NOAH 和 CR AET）的不确定性。结果表明：三套产品的不确定性季节排序均为夏>春>秋>冬季，空间上南部高于北部，表明三套产品对高值实际蒸散发的刻画能力都较差。从不同土地覆盖的表现来看，CR AET 产品最适合表征青 藏高原耕地和草地的实际蒸散发过程；GLEAM AET 产品最适合描述林地、裸地、冰川/雪地的实际蒸散发特征。在高原周边地区，GLEAM AET产品表现较优且稳定，在所有土地覆盖类型上的不确定性均小于其它产品。 （4）实际蒸散发的时空变化。基于上述不确定性分析结果和贝叶斯理论对三套实际蒸散发数据集进行融合，得到1982-2017年逐月0.1°实际蒸散发数据集（AETBM）。与通量塔观测资料及其它产品相比，该数据集在数量和趋势方面均有较好的表现。分析发现：近四十年研究区多年平均年AETBM总体呈现由东南向西北递减的空间格局；受降水增加等因素影响，季节和年实际蒸散发皆以持续增加趋势为主，春、冬季88°E线以东（增加）和以西地区（减小）趋势差异明显。测算表明，青藏高原陆地表面（不包括水面）每年以蒸散发方式损失的水量可达785.3±51.05km3/a，以夏季贡献最大。高原周边地区年、季节实际蒸散发亦以持续增加趋势为主。 （5）蒸发变化对区域干湿格局的影响。利用中国区域地面气象要素驱动数据集的降水数据和前文所生成的潜在、实际蒸散发数据，逐格点计算了研究区3个月时间尺度的三种代表性干旱指数（SPI3、SPEI3和SEDI3）。结果表明：从长期平均来看，三种指数均指示研究区干湿状况处于正常水平，无明显气象干旱发生；从发生趋势来看，SPI3和SPEI3指示1998年前后是青藏高原暖湿化进程中由相对干旱向相对湿润转变的重要拐点。潜在蒸散发的增加对青藏高原气象干旱特别是重度和极端干旱发展具有显著加剧作用，尤其是在湿润环境条件下。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 133 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186938]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 姚天次. 青藏高原蒸发变化及其对干湿格局的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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