论文部分内容阅读
陕北荒漠区位于毛乌素沙漠南部，气候干燥、生态环境脆弱。在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，陕北荒漠区的生态水文系统可能出现显著的响应。同时，陕北能源重化工地基建设与生态环境保护使得该区域的生态水文系统演变规律和趋势成为需要研究的重要基础问题。所以，研究陕北荒漠区生态水文系统演化规律具有重要的科学意义，可为陕北荒漠区生态环境的保护提供理论支撑。本文研究了陕北荒漠区典型站点的降水、蒸发皿蒸发量、植被覆盖度、土壤含水率等生态水文系列的演变特征，分析了各变量的相互关系和演变过程，取得的主要成果如下： (1)研究区多年平均降水量为398mm，多年平均蒸发皿蒸发量为1017mm；降水主要集中在7到9月，蒸发主要集中在5到7月。通过Kendall秩次相关检验法计算表明降水序列、降水量大于5mm和10mm的日数、最大日降水量、大于5mm和10mm的累积降水均在未来呈现不显著递减的趋势，蒸发序列、年降水日数在未来呈现出显著递增的趋势。运用R/S分析法表明降水序列、蒸发序列、年降水日数、降水量大于5mm和10mm的日数、大于5mm和10mm的累积降水量均表现出正的持续性，最大日降水量呈现出负的持续性。 (2)采用小波分析法得到降水序列有36年和21年的周期，蒸发序列有35年和20年的周期，降雨量大于5mm和10mm的日数均有36年和21年的周期。使用Mann-Kendall检验法和累积距平法得到降水序列变异点为1969年，蒸发序列有两个变异点为1966年和1998年，年降水日数变异点为1989年。 (3)编写了用于提取NASA土壤湿度产品的带界面NETCDF文件提取工具，NETCDF文件提取工具结合并行计算，极大的提高了数据提取速度。 (4)进行了研究区土壤水变化因子的分析。荒漠区的土壤其含水量在一段时期呈一个稳态，影响稳态值的主要是气温与植物活动，土壤表层温度与降水呈负相关。植物受限于有效含水量，所有土壤含水率不会被无限降低而是达到一个稳定状态。 (5)通过分析土壤水变化过程，提出了计算荒漠区水量平衡方程参数的具体方法，对土壤水资料按照降水过程进行分割，然后进行累加、简化和分析计算。分割、累加、简化后的方程结合最小二乘法原理，给出了计算荒漠区多年平均蒸发系数、多年平均渗流系数的计算公式和求解方法，采用MATLAB遗传工具箱得出了荒漠区多年平均作物系数、多年平均裸土蒸发系数、年内平均蒸发系数。应用以上方法和公式，求得陕北荒漠区多年平均蒸发系数为0．42，多年平均下渗系数为0．19，多年平均作物系数为1．15、多年平均裸土蒸发系数为0．27。