极端降水与前期土壤水对径流影响的区域规律研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘璐 |
| 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 | 刘昌明 |
| 关键词 | 气候变化 极端降水 前期土壤水 径流 洪水 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 气候变化下，全球水循环加速，陆地极端降水显著增强。然而，尚无证据表明全球洪水量级总体增加。极端降水与洪水的变化不一致可能与气候变暖下陆地蒸散发增加导致前期土壤水减少有关。前期土壤水能显著调节径流对极端降水的响应。在较干燥的土壤条件下，极端降水产生的洪水量级较小，甚至不引发洪水。因此，准确模拟径流对极端降水的响应和预估未来洪水趋势应该同时考虑极端降水和前期土壤水对产流的影响。此外，流域特征也是影响极端降水-径流响应的重要因素。流域特征会影响径流形成机制，使径流受极端降水和前期土壤水的影响程度存在区域差异，进而导致洪水对气候变化的响应存在区域差异。例如，随极端降水增强和前期土壤水减少，在小流域，径流受极端降水影响较大，洪水可能增强；而在大流域，径流受前期土壤水影响较大，洪水可能减弱。因此，研究极端降水与前期土壤水对径流影响的区域规律对认识洪水演变机制和预估未来洪水风险具有重要理论意义。 尽管部分学者已在区域尺度上考虑个别流域特征进行了相关研究，但目前缺乏在全球尺度上考虑多类流域特征的综合研究。为此，论文筛选出全球4315个受水库干扰有限的流域，提取了1980-2020年各流域的降雨型极端降水及其对应的径流和前期土壤水事件对，考虑气候、水文、植被、土壤、形态五类流域特征，围绕“极端降水与前期土壤水对径流影响的区域规律”开展了研究。论文各章节安排如下：第一、二章介绍了研究背景、内容和方法；第三章分析了极端降水及其对应的径流和前期土壤水的时空变化，并识别了径流演变的主要水文气象驱动因素；第四章基于径流对极端降水和前期土壤水的敏感性（ƐRP和ƐRS），揭示了极端降水与前期土壤水对径流影响的区域规律，通过分析径流形成机制不同的净雨型、长雨型、短雨型事件对与流域特征的关系，阐释了流域特征对这一区域规律形成的作用机理；第五章从ƐRP和�ƐRS的准确性和区域规律方面评估了地球系统模式对极端降水-径流响应的模拟能力。论文主要结论如下： （1）在全球和区域尺度上，相比极端降水，前期土壤水对径流演变的控制作用总体更明显。 全球尺度上，前期土壤水是径流演变的主要水文气象驱动因素。前期土壤水（S）减少使极端降水强度（P）显著增加下径流（R）变化不明显。这三个变量在研究流域的变化模式以P↑S↑R↑、P↑S↓R↓、P↓S↓R↓三种为主。前一种主要出现在气候相对湿润的地区，后两种主要出现在气候相对干燥的地区。区域尺度上，径流演变的主要水文气象驱动因素存在区域差异。在湿润区、半湿润区和半干旱区，径流演变主要受前期土壤水控制。湿润区中呈现P↑S↑R↑变化模式的流域最多，半湿润和半干旱区中呈现P↑S↓R↓变化模式的流域最多。而在干旱区，径流演变主要受极端降水控制，呈现P↑S↓R↑变化模式的流域最多。 （2）区域气候越干、产流能力越弱、植被越少，极端降水对径流的影响（ƐRP）越大，而前期土壤水对径流的影响（ƐRS）越小。 相比土壤类和形态类特征，气候类、水文类、植被类特征对ƐRP和ƐRS的影响更明显。随区域干燥指数和年潜在蒸散发增加、径流系数和叶面积指数减小，ƐRP逐渐增大，而�ƐRS逐渐减小。然而，在大部分区域，�ƐRS仍整体高于ƐRP，径流主要受前期土壤水影响，仅在干旱区径流受极端降水影响较大。 �ƐRP和�ƐRS呈现一定区域规律是流域特征改变净雨型、长雨型、短雨型事件对组成比例的结果。随区域气候变干、产流能力减弱、植被减少，�ƐRP较大的净雨型事件对的百分比增加，使�ƐRP逐渐增大；ƐRS较大的长雨型事件对的百分比减少，使ƐRS逐渐减小；而短雨型事件对的百分比小且变化不明显，难以影响ƐRP和ƐRS，因此ƐRP.和�ƐRS呈现上述区域规律。 （3）地球系统模式在模拟极端降水-径流响应上的适用性不足，在准确模拟和预估气候变化下洪水演变方面仍面临严峻挑战。 从准确性方面，没有一个模式能合理模拟ƐRP和ƐRS。几乎所有模式均明显低估了�ƐRP和ƐRS，而且气候越干燥，低估越明显。同时，相比�ƐRP，模式对ƐRS的低估更严重。这导致ƐRS小于�ƐRP的流域分布广泛，使大部分区域的径流主要受极端降水影响，与观测不符。 从区域规律方面，模式能大致捕捉ƐRS的区域规律，但无法捕捉�ƐRP的区域规律。可能原因是模式未能合理模拟长雨型事件对的极端降水-径流响应。模式中长雨型事件对的ƐRP较大，与观测中此类事件ƐRS较大的事实不符，导致净雨型、长雨型、短雨型事件对组成比例的区域规律符合观测的情况下，ƐRP未呈现与观测一致的区域规律。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 136 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199812]  |
| 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 | 刘璐. 极端降水与前期土壤水对径流影响的区域规律研究[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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