北极六大流域气温和降水变化特征及其对径流的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄其威 |
| 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 | 于静洁 ; 王平 |
| 关键词 | 北极流域 冻土退化 气温 降水 径流变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 北极多年冻土区是全球气候变暖最敏感的区域之一。受北极放大效应的影响，该区域的升温速率显著高于全球平均水平，对水文循环和全球气候反馈产生深远影响。气温升高与降水变化引发的冻土退化显著改变了地下水与地表水的水量平衡，进而影响地表径流、地下径流和蒸散发等关键水文过程。因此，深入研究北极地区气候变化特征（如气温与降水变化）及其引发的冻土退化对区域水文循环的影响，对于准确评估北极环境变化及全球气候反馈机制至关重要。然而，现有研究多集中于北极流域整体或单个流域的水文变化，对流域内部不同冻土区的水文响应机制及其差异缺乏系统研究，尤其是气温升高和降水变化引起的冻土退化对总径流、地下径流和地表径流变化的具体贡献尚未明确。同时，不同冻土区在未来气候情景下的水文演变趋势仍需深入探讨。 为此，本研究以北极多年冻土区的六大流域为研究对象（鄂毕河、叶尼塞河、勒拿河、科雷马河、育空河和麦肯锡河），综合利用长时间序列的历史观测数据、再分析数据和未来地球系统模式数据，结合模型模拟等方法，系统分析了北极六大流域气候变化特征（气温与降水变化）及其对径流的影响。首先，从时间和空间两个尺度发现了北极冻土区内部“越冷增温越快”的放大效应，并通过极端气候事件进一步验证了这一现象。然后，通过构建的PWBM冻土水文模型（Permafrost Water Balance Model）与弹性系数法的联合应用，定量评估了不同冻土区气温与降水变化对径流各组分（总径流、地下径流、地表径流）的影响，为深入理解持续变暖下北极六大流域径流的复杂变化提供理论基础。最后，基于构建的PWBM模型，预估了冻土分布连续性不同的区域在未来情景下的径流变化演变趋势，为气候变暖背景下冻土区水资源管理和生态安全提供了科学依据。主要结论如下： （1）发现了北极气候变暖呈现“越冷增温越快”的时空分异特征.在近百年的观测期间（1936—2020），北极六大流域的气温呈现持续加速上升趋势，升温速率约为全球平均水平的3倍，自1980年后加速更为明显（快速增暖期），并且在时、空两个尺度上均呈现出“越冷增温越快”的特征：季节上，冷季的升温速率约为暖季的1.7倍；空间上，气温较低的冻土发育区域（如广泛发育连续冻土的科雷马河、勒拿河流域）升温更为剧烈。进一步从极端气温的角度验证了“越冷增温越快”，极端低温（以年内日最低温最小值TNn为例）的升温速率为年均气温的1.3 ~ 1.5倍，且在冻土区表现得更明显。 （2）揭示了自1980年以来北极降水快速增加且冻土区增加更快的规律.1936—2020年期间，北极降水显著增加（5.8 ~ 10.2 mm/10a），其中1980—2020年快速增暖阶段的降水增加速率显著加快（11.1 ~ 16.3 mm/10a），而冻土发育程度高的区域降水增加更为显著（如科雷马河流域或连续冻土区），其增加速率接近长期平均速率的3倍。同时，冻土区极端降水事件的强度与频率也显著增加，其中强降水事件（以超过参考期第99百分位数的累计降水量R99p为例）的增长速率几乎为非冻土区的2倍。 （3）定量解析了气温降水变化对北极六大流域径流的影响.发展了融合冻土分区特征的PWBM冻土水文模型，同时基于弹性系数法，量化了气温降水变化对北极六大流域径流的影响，发现气温升高显著增强冻土区地下径流变化。当气温升高1 ℃ 时，总径流变化不明显，地表径流减少2% ~ 6%，而地下径流增加3% ~ 10%，其中冻土区的冬季升温对地下径流变化的贡献尤为突出，约占全年增加的三分之一。相比之下，降水变化对径流的直接补给作用更为明显，当降水增加10% 时，总径流和地表径流增加可达16% ~ 21%。 （4）预估了未来情景下北极流域不同冻土区的径流变化演变趋势.冻土分布的连续性影响径流对气候变暖的响应强度，冻土分布较连续的区域未来径流增加更显著，尤其是地下径流。相较于历史时期（1980—2014年），至本世纪末不同情景下（如SSP370、SSP585）冻土分布连续性较高区域（连续冻土与不连续冻土）的总径流增加是冻土分布连续性较低区域（片状冻土和岛状冻土）的2倍以上。在SSP370情景下，冻土分布连续性较高区域的总径流预计增加15% ~ 19%，而冻土分布连续性较低的区域仅增加5% ~ 9%；在SSP585情景下，两者的总径流将分别增加18% ~ 23% 和6% ~ 10%。此外，地下径流增加更为明显，其增加约为总径流的2 ~ 3倍，其中冻土分布连续性较高区域的地下径流在SSP370和SSP585情景下将分别增加41% ~ 46% 和52% ~ 59%。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 185 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217309]  |
| 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 | 黄其威. 北极六大流域气温和降水变化特征及其对径流的影响研究[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
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。