黄河河源区湖泊水面蒸发历史演变规律研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘铉 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 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 | 刘兆飞 |
| 关键词 | 水面蒸发 黄河河源区 XGBoost 机器学习 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然资源学 |
| 英文摘要 | 水面蒸发是区域水文循环的重要环节，亦是影响区域热平衡的重要因素。准确测量或模拟水面蒸发量，对于全球气候与环境变化研究、湿地生态系统保护和水资源综合管理具有重要意义。黄河河源区是我国重要的水源涵养区，亦是三江源自然保护区与国家公园的核心区域，近年来由于气候变化及人类活动的影响导致该地区水资源安全问题凸显，而该地区湖泊水面蒸发研究相对不足。 本研究利用FLUXNET通量观测数据，对基于空气动力学与基于能量项及机器学习等类型的共计6种水面蒸发模拟方法进行了评价和分析；然后基于优选的水面蒸发模拟方法，并利用黄河河源区气象站观测数据和卫星遥感时序影像，模拟了河源区湖泊水面蒸发量的历史序列，分析了河源区湖泊水面蒸发历史演变规律，以期为流域水资源管理提供一定的科学理论依据。主要结论如下： （1）基于4个评价指标对6种水面蒸发模拟方法的结果进行精度评价，结果表明对于基于水面蒸发物理机制的5种方法而言，不同站点在不同指标下最优方法均不相同，无法确定一个适合所有站点的基于空气动力学的水面蒸发模拟方法或基于能量项的水面蒸发模拟方法。物质法-幂风速法在各个站表现均为前两名，通过Friedman test为最优方法；在站点数据质量高时，基于能量项的水面蒸发模拟方法由于输入变量较多，模型表现优于基于空气动力学的水面蒸发模拟方法；Penman方程法整体表现优于Priestley-Taylor方程。 （2）基于机器学习的XGBoost模型在模拟水面蒸发时，模拟结果在各个评价指标评估下均优于其他5种基于物理机制的水面蒸发模拟方法，并且其模拟结果的稳定性也优于其他5种方法。利用参数重要性打分对XGBoost模型输入变量的重要性进行了评估，结果表明净辐射（ ）的重要性最高，其次由高到低则是入射短波辐射（ ），风速（ ），相对湿度（ ），饱和水汽压差（ ），日平均气温（ ），日平均气压（ ），其中仅有2个辐射变量 和 评分高于80分， 评分为72分，其余4个变量打分相差不大，均为60分左右。 （3）选择表现更优且较稳定的XGBoost模型，模拟了黄河河源区3个国家气象站1986-2020年的水面蒸发日序列。结果表明，整体上曲麻莱站点的水面蒸发量最大，其次是玛多站，清水河站水面蒸发量最小。由于河源区2000年建立了水电站，因此以2000年为分界点分析了河源区3个气象站的水面蒸发日序列变化特征，玛多站与曲麻莱站水面蒸发趋势在2000年前后发生了变化，其中，曲麻莱站由不显著增加趋势转变为显著下降趋势，玛多站则由显著增加趋势转变为不显著下降趋势，两个站点的水面蒸发变化幅度均呈下降的特征；清水河站在2000年前后水面蒸发均呈显著增加趋势，但其增加幅度呈明显的减少特征。水面蒸发年内变化趋势检测结果表明，所有3个站点的水面蒸发月变化趋势在3、6、8和10月等月份表现出了较高的一致性，相较于清水河站，玛多站和曲麻莱站的水面蒸发在7月至12月的月变化趋势一致性较高。 （4）基于时序的遥感影像数据，充分利用水体的反射率远低于周边非水体的反射率这一特征，基于一种水面面积自动提取方法，提取了黄河河源区湖泊时序的水面面积序列，结果表明，1986至2020年间，河源区湖泊水面面积呈不显著下降趋势，其下降幅度为0.36 km2/a；以季节来看，河源区在1—3月和4—6月这两个时间段的水面面积呈显著减少趋势，其水面面积减少幅度分别为6.4 km2/a和10.2 km2/a；河源区水面面积在7—9月和10—12月这两个时间段则呈增加趋势，其中10—12月份呈显著增加趋势，其增加幅度为5.5 km2/a，而河源区湖泊水面面积在7—9月份以0.6 km2/a幅度呈不显著增加趋势。 （5）黄河河源区在1986-2020年内水面蒸发量呈不显著下降趋势，其下降幅度为42900 m3/a，其中2000年之前河源区水面蒸发量呈显著下降趋势，其下降幅度为1061207 m3/a，2000之后趋势相反，河源区的水面蒸发量呈显著增加趋势，其增加幅度为623663 m3/a。从年内变化特征看，河源区水面蒸发量在1、3、11和12月份呈增加趋势，其他月份内水面蒸发量都呈减少趋势，其中5、6和9月份内水面蒸发量呈显著下降趋势。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 75 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199353]  |
| 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 | 刘铉. 黄河河源区湖泊水面蒸发历史演变规律研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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