中国北方干旱半干旱区典型内陆湖流域气候生态水文响应关系
文献类型：学位论文
| 作者 | 张志栋 |
| 答辩日期 | 2024-12 |
| 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 | 汤秋鸿 |
| 关键词 | 达里湖 流域水文模拟 东亚夏季风 全新世时期降水重建 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 中国北方的干旱及半干旱地区位于东亚夏季风的边缘地带，对气候变化尤为敏感。东亚夏季风（EASM）的降水分布具有显著的时空差异，对中国及周边国家的社会经济、生态环境和水资源产生了深远影响，直接关系到数十亿人的日常生活和生产活动。达里湖流域位于中国北方干旱半干旱地区的典型内陆湖区域，处于东亚夏季风的边缘地带，因而对气候变化极其敏感。达里湖的面积变化是记录东亚夏季风强度的理想指标。然而，关于全新世时期东亚夏季风强盛的时间点，学界仍存在争议——究竟是在全新世早期还是中期达到最强。基于达里湖的考古记录，利用“气候-生态-水文”耦合关系定量重建全新世降水变化趋势，对于全球气候变化的研究具有重要意义。 本研究以达里湖流域为对象，建立了基于分布式生物圈-水文（Distributed Biosphere-Hydrological, DBH）模型和互补关系湖泊蒸发（Complementary Relationship Lake Evaporation, CRLE）模型的“气候-生态-水文”耦合模型。（1）模拟分析湖泊深度对蒸发率的影响。通过CRLE模型对达里湖（深度8米）进行模拟，并与邻近的浅水湖岗更诺尔进行对比，研究湖泊热存储动态与湖面温度的季节性变化，并结合MODIS卫星数据进行验证。最终定量评估湖泊深度对全年蒸发率的调节作用。（2）定量评估降水年内分布和总降水量对湖泊水量平衡及面积变化的影响。通过DBH模型和CRLE模型，模拟近三十年来达里湖的面积变化，并将模拟结果与遥感观测数据进行对比分析。在此基础上，设置不同情景组合，定量评估降水总量和年内分布变率对湖泊水量平衡及面积变化的影响，并分析这两者对湖泊萎缩的独立作用及其组合效应，进一步计算其对湖泊萎缩的贡献率。（3）计算全新世高低水位时期的降水需求差异。结合DBH模型和CRLE模型和达里湖全新世时期的古湖岸线面积水位记录，重建湖泊面积和水位与降水量之间的精确定量关系。同时，加入了极端降水事件，研究其对水位波动的短期和长期影响以及对多年平均降水的影响。主要结论如下： （1）湖泊深度对年蒸发率的调控作用显著：利用CRLE模型和MODIS卫星数据的分析表明，达里湖由于其较大的深度和显著的热存储能力，其表面温度滞后大约一个月，这使得湖泊在暖季时表面温度较低，从而抑制蒸发；在冰封期，深湖通过升华释放存储的热量，这种热量调节机制进一步减少了年蒸发量。在相同的气候条件下，达里湖的年蒸发量为979.7毫米，比邻近的浅水湖岗更诺尔湖少44.7毫米。这表明湖泊深度不仅通过调节湖泊热存储和表面温度来影响季节性蒸发过程，还对年尺度的蒸发量具有重要的调控作用。当模拟湖泊深度达到全新世最大值（约34米）时，年蒸发量比1984-2016年平均值减少了44毫米/年（约4.7%）。 （2）降水总量和变率的组合效应对湖泊面积影响显著：基于DBH和CRLE模型的耦合系统，成功模拟了达里湖面积在萎缩前后的变化。结果表明，单独增加降水总量或变率只能部分减缓湖泊面积的萎缩，而两者的组合效应能够完全抵消湖泊的萎缩趋势。具体而言，单独增加降水总量可以减少42.25%的湖泊面积萎缩，单独增加降水变率则只能减少10.59%的萎缩面积。然而，当同时增加降水总量和降水变率时，组合效应显著增强，湖泊面积不再减少，完全抵消了萎缩趋势，达里湖的面积得以恢复。这一组合效应使累积径流增加量和湖面直接接收的水量分别是仅增加降水总量情景的2.0倍和仅增加降水变率情景的6.5倍。这表明，降水总量和变率的共同作用对湖泊面积变化具有显著影响，是维持湖泊水量和面积的关键因素。 （3）全新世高低水位所需的降水量差异估计小于此前研究结果，极端降水事件影响深远：通过系统分析降水量差异、流域特征和蒸发量差异，量化了达里湖全新世高低水位的需水量差异。研究发现，达里湖高低水位时期的蒸发差异为18.3毫米/年，维持高水位所需的年降水量约为689毫米，且高低水位所需的降水量差异比此前估计的更小（差异为79毫米/年）。极端降水事件则对水位波动具有重要影响，能够在短期内迅速提高水位。即使年降水量回落至较低水平，湖泊水位下降的速度也较为缓慢，保留了湖岸堤的高水位记录。这一发现补充了此前对极端气候事件长期效应分析的不足，揭示了极端降水如何通过累积效应在全新世期间影响湖泊水量平衡和水位波动。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 171 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217280]  |
| 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 | 张志栋. 中国北方干旱半干旱区典型内陆湖流域气候生态水文响应关系[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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