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黄土高原地区53年来降水量时空演变特征分析

作　者: 万龙
导　师: 张晓萍
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 时空变化趋势重现期插值降水量黄土高原地区
分类号: S157
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

黄土高原地区自然地域辽阔,生态环境脆弱,土壤侵蚀严重,降水是黄土高原地区水蚀的最直接外营力,降水量及其极端事件的时空变化将影响黄土高原地区水文循环和土壤水蚀状况。本文利用黄土高原地区及毗邻地区100个气象站点1957~2009年的日降水量数据,采用KRIGING空间插值法、气象水文要素趋势判断法,对黄土高原地区不同时间尺度上降水量的变化趋势、空间分布及降水事件发生重新期进行了系统分析,探究黄土高原地区降水量的时空演变规律,为区域水资源管理、土壤侵蚀和水土保持研究以及生态环境建设提供有力支持。结果表明:(1)KRIGING和TPS方法插值结果都能正确反映黄土高原地区降水量的空间分布趋势,多年平均、年及月三时间尺度上2种方法的面平均插值精度均没有显著性和实质性差异。与多年平均降水量插值平均一致性指标比较,4月插值精度均降低约14%,年值均降低约19%,而7月均降低约35%。(2)黄土高原地区1957~2009年多年平均降水量为434.4mm。年际变化大,年降水量在300~ 650mm之间波动,最大年降水量一般为多年平均降水量的1.3~2.3倍,为最小年降水量的2.0~6.5倍。降水量的年际变化幅度西北部大于东南部。月分配不均,降水量最大的月份为7、8月,根据区域差异,分布均占全年降水量的15%~25%。集中在夏、秋两季,分布占全年的50%~65%、18%~32%。汛期(5~9月)占全年降水的78%~92%。从空间分布看,黄土高原地区降水量等值线为东北-西南走向,黄土高原地区<150mm,150~250mm,250~350mm,350~450mm,>550mm降水量等值线间面积分别占黄土高原地区总面积的1.22%,11.16%,14.12%,24.60%,27.58%,21.32%。(3)53年来,黄土高原地区年降水量呈不显著(0.05<P < 0.1)减少趋势,平均减少速率为~1.5mm/a,相当于黄土高原地区多年平均降水量的0.26%。站点年雨量变化趋势空间分布图表明,86%的区域面积上呈现减少趋势。春、夏、秋三季年尺度上均表现出不显著(p>0.1)减少趋势,平均减少速率分别为:-0.09mm/a,-0.57mm/a,-0.19mm/a,分别表现出70%、72%、83%的面积呈减少趋势。冬季年尺度上呈不显著的增加趋势,增加速率平均为0.065mm/a,85%的地区降水量呈增加趋势;汛期,非汛期,汛期前阶段(5~7月)和汛期后阶段(8~10月)均表现出不显著(p>0.1)减少趋势,减少速率平均分别为-0.80mm/a,-0.29mm/a,-0.45mm/a,-0.47mm/a。呈减少趋势的面积分别占黄土高原地区总面积的84%,90%,56%和89%。(4)黄土高原地区150mm, 250mm,350mm等降水量线年代际间的移动方向不明显;从1960s~1990s,450mm和550mm等降水量线的加权平均中心位置分别向东和向南持续移动了134 km和213km;从1990s至2000s,450mm和550mm等降水量线向西和向北分别回复了12.1km和54.8km。降水量在150~250mm,250~350mm,350~450mm,450~550mm等值线之间的面积均呈增大趋势,增加速率分别为每10年平均增加总面积的0.67%,0.55%,2.66%,1.29%,550mm以上的降水量区域面积呈显著减少趋势,减少速率为每10年减少-5.12%。(5)10年尺度上,黄土高原地区中雨,大雨,暴雨,大暴雨平均发生频率分别为72.60d、25.79d、4.94d、0.41d,对应的重现期分别为0.14 a、0.39 a、2.02 a、24.51 a。从1960s~2000s,中雨,大雨,暴雨,大暴雨的降水频率分别减少了16.0%、3.4%、35.5%、42.8%,各级降水重现期由1960年代的0.13a、0.39a、1.82a、19.80a,变为2000年代的0.15a,0.39a,2.34a,26.88a。暴雨(50~100mm/d)和大暴雨(100~200mm/d)的发生频率在不同区域存在显著差异。西部(兰州、西宁)变化不显著;北部(鄂托克旗、呼和浩特)和中部(固原、延安)呈减少趋势,中部的绥德,东部的太原暴雨呈增加趋势,但大暴雨呈减少趋势;南部(长武、西安)暴雨频率为减少趋势,而大暴雨却为增加趋势。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-17
  1.1 立题背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
    1.2.1 国外研究现状  13-14
    1.2.2 国内研究现状  14-16
  1.3 研究不足  16-17
第二章研究方法与技术路线  17-22
  2.1 数据资料与方法  17-18
    2.1.1 数据资料  17
    2.1.2 研究区概况  17-18
  2.2 研究目标和研究内容  18
    2.2.1 研究目标  18
    2.2.2 研究内容  18
  2.3 研究方法和技术路线  18-22
    2.3.1 离差系数  18-19
    2.3.2 数据序列的自相关检测  19
    2.3.3 Mann-Kendall 趋势检测  19-20
    2.3.4 Sen 趋势斜率估计  20
    2.3.5 重现期计算  20-21
    2.3.6 技术路线  21-22
第三章空间插值方法选取  22-36
  3.1 插值方法研究概述  22-23
  3.2 数据和插值方法  23-26
    3.2.1 数据资料  23
    3.2.2 KRIGING 插值法  23-24
    3.2.3 TPS 方法  24-25
    3.2.4 误差分析方法  25
    3.2.5 全域型Moran’s I 指数  25-26
  3.3 插值结果对比分析  26-35
    3.3.1 多年平均降水量插值结果精度对比  26-27
    3.3.2 年尺度插值结果比较  27-31
    3.3.3 月尺度插值结果比较  31-35
  3.4 小结  35-36
第四章黄土高原地区降水量状况分析  36-42
  4.1 多年平均降水量的空间分布  36-38
  4.2 降水量的月分配比例  38-39
  4.3 降水量的季节分配比例  39-40
  4.4 等降水量线面积  40-41
  4.5 小结  41-42
第五章黄土高原地区不同时段降水量的变化趋势  42-53
  5.1 黄土高原地区降水量数据序列的自相关检测  42-43
  5.2 降水量年尺度变化趋势及空间分布  43-45
    5.2.1 黄土高原地区年降水量的时间变化趋势  43-44
    5.2.2 黄土高原地区年降水量的变化趋势的空间分布  44-45
  5.3 黄土高原地区四季降水量的变化趋势  45-49
    5.3.1 黄土高原地区四季降水量的时间变化趋势  45-46
    5.3.2 黄土高原地区季节降水量的变化趋势的空间分布  46-49
  5.4 黄土高原地区汛期降水量的变化趋势  49-52
    5.4.1 黄土高原地区汛期降水量的时间变化趋势  49-50
    5.4.2 黄土高原地区汛期降水量的变化趋势的空间分布  50-52
  5.5 小结  52-53
第六章黄土高原地区降水量等值线的时空变化  53-59
  6.1 黄土高原地区多年平均降水量等值线  53
  6.2 年降水量等值线年代际的移动  53-57
  6.3 年降水量等值线所夹面积的变化  57-58
  6.4 小结  58-59
第七章黄土高原地区降水量事件重现期的演变  59-66
  7.1 黄土高原地区不同级别降水量频率空间分布  59-61
  7.2 黄土高原地区各同级别日降水平均发生频率和重现期  61-62
  7.3 黄土高原地区日雨量频率及重现期区域比较  62-65
  7.4 小结  65-66
第八章结论  66-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
个人简介  74-75

黄土高原地区53年来降水量时空演变特征分析

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