天山山区降水空间分布估算方法及时空变化特征研究
天山,作为我国干旱区气候和生态环境的重要天然屏障,其气候变化不仅对新疆的社会、经济发展具有重要的意义,也对我国西部地区的生态环境产生深远的影响.天山山区是西北干旱区众多内陆河的发源地,山区降水不仅决定着区域水资源总量,其变化也直接影响着区域水资源分布状况、河川径流的形成、高山冰川积雪的分布和发育等,直接关系到中下游的生态环境与社会经济发展.由于山区自然条件等因素的限制,观测台站稀疏且分布极不合理,很难获取到流域精确的降水空间分布数据.因此,如何利用有限的台站观测数据,综合运用地面观测、空间插值、卫星遥感进行快速同化、融合出满足一定精度的降水空间分布数据成为本文研究的主要目的.研究内容如下:
1.综合分析了高程、坡度和坡向对山区降水的影响,利用天山山区31个观测台站的逐月降水数据,采用基于地理空间特征和回归统计方法的插值模型,获取天山山区降水空间分布并对插值结果进行交叉检验.通过与克里金模型估算降水和WorldClim降水资料对比分析,发现PRISM模型估算的降水能够较好的反映天山山区降水空间分布特征,为研究山区降水提供一个可靠的方法.
2.由于山区降水资料稀缺和插值模型的局限性,很难获得满足一定精度的降水空间分布数据.数据融合具有时空覆盖范围广、可信度高、空间分辨率高等优点,成为获取降水空间分布数据的重要手段.结合二维数据融合方法,本文提出了多源数据融合的一般方法,并应用于研究区的降水融合.由于数据资料来源及产生方法不同,需对APHRODITE数据资料和TRMM卫星降水资料进行修正,以满足数据融合的要求.综合利用台站观测资料、降水空间插值数据及卫星降水反演资料进行山区降水数据融合,并得到其空间分布数据.
3.利用信息熵方法分析了天山山区月、季、年降水空间分布及其变化特征.自11月开始至次年的7月,随着降水的增加降水变率逐渐减小,到7月达到最小;自8月开始至11月,降水变率逐渐增大.季节降水和年降水变率则呈现南高北低,东高西低的空间分布格局.结合地形因素对降水的影响,分析了信息熵与高程、经纬度的关系.最后,分析了信息熵与降水集中指数的关系,提出了计算信息熵的近似方法.
4.基于非参Mann-Kendell方法分析了降水长期变化趋势的空间分布格局以及年降水量突变,揭示了天山山区近50年降水的变化趋势及突变时间点.利用小波分析方法进一步分析了降水的周期变化,结果显示人部分降水变化都存在较长周期,但长周期中又包含短周期.根据最近10年的降水变化,使用线性方法分析近10年来降水变化趋势,结果表明降水呈下降趋势.
- 作者：
- 赵传成
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 自然地理学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2011年
- 导师姓名：
- 丁永建；叶柏生
- 关键词：
- 空间插值；数据融合；信息熵；Mann-Kendell方法；小波分析；区域水资源；山区降水；时空变化特征
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