澜沧江流域历史径流变化归因和未来径流变化预估

作     者：刘浩 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王铮

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 

主      题：气候变化 澜沧江流域 SWAT模型 CMIP6气候模式 径流变化 

摘      要：受气候变化和人类活动日益频繁的冲击,世界范围内极端气候事件发生频率有所增加,澜沧江流域的水循环也出现了波动。为了更清楚地了解澜沧江流域的水循环,有必要对流域内历史和未来的水文气象要素进行分析。本文首先基于澜沧江流域内1961-2015年的气象水文资料,运用Mann-Kendall（MK）趋势检验和突变检验分别分析了水文气象要素的年际变化趋势和径流的突变年份。基于Budyko假设定量计算了澜沧江流域气候变化和人类活动对于径流变化的贡献率。然后基于数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）、土地利用、土壤、气象水文等基础数据,构建了适用于澜沧江流域的Soil and Water Assessment Tool（SWAT）模型。之后利用Quantile Mapping（QM）方法对Coupled Model Intercomparison Project 6（CMIP6）未来气候模式数据进行了偏差校正,并且校正后的模拟精度较好。对偏差校正后的未来气候数据进行了分析,包括未来气候异常的时空分布、未来气候变化的时空趋势。最后将偏差校正后的气候模式数据输入到澜沧江流域SWAT模型中,得到澜沧江流域未来径流的多模式集合平均（Multi-Models Ensemble,MME）预估结果,并从不同时间尺度分析了未来径流相对于历史时期的变化。最后基于本文的基础地理数据和得到的结论图表数据,设计并开发了一个轻便的Web GIS系统,用于展示澜沧江流域的多源数据。得到了以下结论:（1）澜沧江流域在1961-2015年期间,降水量处于自然波动状态;潜在蒸散发量增加趋势极其显著;径流深减少趋势极其显著。（2）未来气候异常的时间分布方面,在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,未来2021-2100年的降水、气温异常（相对于1960-1984年）逐年增加。在未来初期异常值变化在三个情景下较类似,在未来中期开始出现不同程度的增长趋势,在未来远期SSP5-8.5下的异常值继续快速增长,而SSP1-2.6和SSP2-4.5下的异常值趋势不明显或者有轻微下降趋势。（3）在未来气候异常的空间分布方面,在三个SSP情景下未来2021-2100年间的气温异常值表现为全流域范围内正值,呈北部异常值大于南部的空间分布特点,且异常值随排放浓度增大而增大。降水异常在未来近期与中期呈北正南负的空间分布,在未来远期表现为全流域正值,但北部异常值要大于南部。（4）从未来气候变化的绝对数值来说,2021-2100年间无论是降水还是气温在整个流域范围内均呈增加趋势,随着SSP情景的排放浓度增加而愈加剧烈。并且降水的增长速度约呈南部大于北部的特点,气温则呈现相反的态势即北部大于南部。（5）人类活动频繁期（2005-2015年）相较于基准期（1961-2004年）,气候变化和人类活动均导致径流减少,并且降水减少是径流减少的主导原因,贡献率为45.64%,人类活动次之为40.45%,潜在蒸散发最次为13.91%。（6）未来2021-2100年年均流量在三个SSP情景下较历史时期,分别平均增长了27.33%、25.07%和31.32%。并且在未来近期增长极为迅速,未来中期和远期稳定增长。（7）未来季节流量占比较历史时期的变化情况,在未来的三个时期和三个SSP情景下表现较为一致,即未来春季、冬季流量占比较历史时期增多（1.54%、1.67%）,夏季、秋季则减少（-1.08%、-2.13%）。（8）未来2021-2100年间在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下澜沧江流域月均流量的年内分配更加均匀,在雨季减少,在旱季增加。