黄河流域过去2000年旱涝变化及与下游改道事件的关联特征研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈建明 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 郑景云 ; 刘洋 |
| 关键词 | 黄河流域 历史旱涝变化 格网重建 决溢改道 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 历史旱涝变化研究对当前及未来的气候变化应对具有重要价值。黄河中下游是中国历史上长期的政治、文化、经济、农业中心，也一直是人口高密度分布区域。在过去2000 年里，其由旱涝变化造成的灾害导致的经济、社会损失往往较其它区域更为严重，且下游河道在历史时期多有摆动变迁，旱涝变化是造成这一现象的重要因素之一。因此，重建过去2000 年黄河流域旱涝变化高分辨率数据集，检测旱涝变化与下游自然改道事件的关联特征一直是气候变化领域关注的重要问题。 本文利用更新的旱涝等级和树轮年表，结合器测时期的标准化降水指数（SPI）格网数据，分别以1901～1950、1930～1979、1951～2000 年为校准期，综合采用动态分区筛选方法（GLDD）、最优子集（BSR）和偏最小二乘（PLS）回归技术构建校准方程，重建了公元初以来的黄河流域历史时期空间分辨率达0.5°的SPI 格网数据集，分析了流域过去2000 年的旱涝变化特征。同时结合过去2000年黄河流域决溢年表及其间下游河道的20 次改道事件，探讨了黄河流域旱涝变化与下游自然改道事件的关联特征。取得的主要进展包括： （1）基于三个校准期重建了黄河流域1～2000 年5-10 月和11-10 月的SPI格网数据集，并分析了数据集的可靠性。结果显示：在时空覆盖度上，1930～1979和1951～2000 年校准期的时空覆盖度差异较小（低于2%），但都显著优于1901～1950 年校准期（超过8%）。全区重建格点的误差缩减量（Reduction of Error, RE）和效率系数（Coefficient of Efficiency, CE）的中位数均大于0，其中1930～1979、1951～2000 年校准期超过75%格点的重建值在2000 年中均具有稳健性。三个校准期的5-10 月和11-10 月重建值的方差解释量（R2a，调整自由度后），全区2000年中位数分别为0.224/0.233、0.271/0.272、0.335/0.327，后一校准期较前一校准期约造成20%左右的方差解释量高估。此外，重建的数据集不但可识别早期气象观测降水序列的大部分极端多雨及极端干旱年，也与源区唐乃亥水文站历史径流重建序列的高（低）流量时段表现出一致性。在102.5°E 以东区域，重建的SPI不但与前人重建的多套格网旱涝数据集显著相关（p<0.01），且在今黄河中下游、山东半岛和黄淮平原等地，R2a 整体提升了约0.1，结果也整体稳健（RE/CE>0）。这表明：本研究重建得出的SPI 格网数据集，不但较前人的重建结果覆盖时段更长、空间分辨率更高，且对全流域的降水时空变化具有更优的解释能力。 （2）揭示了黄河流域1～2000 年旱涝变化特征。结果表明：黄河流域历史旱涝变化具有显著的年际和年代际波动，存在多个旱涝交替阶段，其中偏旱期的长度通常长于偏涝期，1070～1310 年（两宋金元）是过去2000 年黄河流域持续时间最长的偏旱时段，230～260 年（三国时期）、350～430（东晋十六国）和1570～1660 年（明末清初）是黄河流域过去2000 年旱涝波动最为剧烈的时段。960～2000 年间，黄河流域降水变化的主导空间格局为全流域一致型（方差解释量约50%）和上中游与中下游反相变化型（方差解释量超过12%）。流域旱涝存在2～8 年、10～12 年、20～30 年、准60 年、准80 年等年际、年代际和多年代际周期变化，也存在准120 年、准250 年的百年际旱涝周期。Niño3.4 区海温距平与全流域超53%地区的SPI 变化呈现显著负相关（p<0.05），与流域极旱（SPI<-2）面积占比变化呈显著正相关（p<0.01），与极涝（SPI>2）面积占比变化呈显著负相关（p<0.05），表明ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）为影响黄河流域极端旱涝事件发生频次及范围大小的最主要气候系统内部变率，且其对中下游的影响信号更强。但这一关系的稳定性也受PDO（太平洋年代际振荡）和AMV（大西洋多年代际变率）显著影响：当PDO 或AMV 处于正相位时，会显著增强ENSO 对黄河流域极旱的影响，而当PDO 和AMV 同时处于正相位时，这种增强作用也更为显著。 （3）辨识了黄河中下游流域过去2000 年决溢和改道事件的变化特征。结果显示：决溢和改道事件的发生频率具有阶段性差异。黄河自公元69 年行东汉大河之后，决溢次数较低；直至唐末五代后期，北决之势再起且不断南泛，决溢泛滥态势加剧，终于在南宋金时期全河改道夺淮入海，此后历经元明清三朝，黄河决溢泛滥频率始终处于高位，均在每年1.5 次以上。相应地，下游改道事件，1～1000 年仅有2 起，1001～1855 年则存在18 次。黄河下游在1855 年溃决改道后逐渐形成今黄河河道，但仍多年水患不绝（民国时期达3.11 次/年）。直至新中国成立，中游治沙工程的开展及全流域水利工程的兴建，使得久为地上悬河的黄河下游得以安澜。从决溢地点分布看，过去2000 年间，黄河决溢多集中在北宋时期的横陇河道及二股河，包括：郑州-原阳-开封-滑县-浚县-濮阳一带，南流期开封以下各期主河道，以及夺泗水入淮的黄河“明清故道”段；20 次自然改道事件则均发生在113.5-116°E、34.5-36.5°N 范围内。 （4）辨识了黄河流域过去2000 年下游改道事件的旱涝背景及二者之间关联特征的多样性。结果表明：改道当年，全流域和中游暴雨区并非全部处于偏涝状态，仅31.58%的改道年全区或中游暴雨区显著偏涝。改道事件前5 年，下游改道区、中游暴雨区、中下游流域和全流域偏涝年数均多于偏旱年数；不同行河期内，东汉故道期和北宋二股河时期的改道事件多发生在数年偏涝的条件下，而金元故道期和明清故道期的改道事件则多发生在下游改道区和中游暴雨区偏涝、中下游流域和全流域偏旱的条件下。改道事件前期30 年和50 年的第一旱涝主模态均表现为全区一致型，与流域960～2000 年第一旱涝主模态一致，表明改道事件前期流域旱涝格局并未发生显著变化。下游改道事件更多发生于下游改道区和中游暴雨区的相对转涝年，且与其前期中游暴雨区的旱涝变率、大涝年和大旱年频次具有多样的关联特征。除1297 年外，其它17 次（94.44%）改道事件发生前的20 年或10 年间，中游暴雨区超过半数的地区，其大旱年或大涝年的出现频次超出了正常范围；包括9 次（占比50%）前10 年大涝频次超出正常范围和8 次（占比44.44%）前20 年或前10 年大旱频次超出正常范围。此外，改道事件发生前20 年，有12 次中游暴雨区旱涝变率超出正常范围的面积超过10%，其中6 次超半数地区的旱涝变率超出正常范围。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 203 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217301]  |
| 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 | 陈建明. 黄河流域过去2000年旱涝变化及与下游改道事件的关联特征研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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