Budyko-Fu模型下气候季节性指标和水文年起始月份对流域水量平衡估算的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:songyonghuan
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流域水热耦合过程受气候和下垫面变化的双重影响,蒸散是其中重要的环节之一,这方面的研究中,Budyko理论近年来得到了广泛的应用,其中又以傅抱璞公式(Budyko-Fu)比较著名。泾河流域地处黄土高原中部,是黄土高原水土流失最为严重的区域之一。近些年来,该地区植被覆盖显著增加,下垫面状况发生较大改变,进而影响到流域的水热耦合过程也相应地发生变化。  基于此,本研究以泾河流域为研究区域,利用1981-2011年间泾河流域的气象、水文、植被数据,在Budyko-Fu模型下,探究其控制性参数ω的影响因素,并分析参数ω与3种气候季节性指标(SI1、SI2、SAI)的关系,其中SI1—考虑年内月降水量距平特征,SI2—考虑用正弦曲线模拟降水量与潜在蒸散季节变化时各自的振幅差别特征,以及SAI—在SI2的基础上进一步考虑降水量与潜在蒸散季节变化的相位差别,SAI又根据计算降水量与潜在蒸散季节相位时取逐年值还是多年平均值而区别为SAI1与SAI2两个指标;在此基础上,改进参数ω的半经验公式。同时在年际尺度上,探讨使得土壤贮水量变化(ΔW)降到最低的水文年时段划分,提出分别与流域年实际蒸散量和年径流量较高估算精度相对应的年度时段起始月份。希望能为Budyko-Fu模型参数半经验公式的改进,比较精确地估算流域实际蒸散量提供参考,服务于流域的生态环境保护及生态-经济系统可持续发展。本研究取得的主要成果如下:  (1)泾河流域1981-2011年期间,年降水量没有明显的突变年份,而年潜在蒸散在1993年发生突变。该流域多年平均降水量和潜在蒸散量分别为496.0mm和1044.8mm,用正弦模拟二者年内逐月变化的过程,其多年平均相对振幅分别为1.11和0.68,说明降水年内变异和波动更大。而气候季节性指标SI2用正弦曲线模拟降水量与潜在蒸散季节变化时各自的振幅差别特征,其与干燥指数?的多年平均值分别为0.45和2.21,均呈现微弱上升趋势,表明该流域降水和潜在蒸散差值的季节性波动微弱增加。在年际尺度上,P和ET0的空间变化对参数ω并无显著影响。归一化植被指数(NDVI)与SI2均与参数ω呈现显著相关关系。在此基础上,给出了泾河流域参数ω的半经验公式,由此式计算的ω与实测ω在2000年后差异较大,原因可能是受到其它方面的因素干扰。  (2)已有的三种气候季节性指标中,SI2与参数ω的相关性较好。若流域降水量与潜在蒸散季节相位由多年平均状况确定,选取平均相位差,由此计算气候季节性指标SAI2,其表现要好于SI2。据此,由SAI2和NDVI给出的参数ω的半经验公式的决定系数较高,达0.746。将之用于Budyko-Fu模型中,能够使流域年径流量的模拟精度提高,说明同一流域逐年计算指标SAI时采用多年平均相位差能够更加确切地描述流域的气候季节性特征。  (3)在泾河流域以6月至下年5月为年度,其年降水量与同时段年平均NDVI和生长季平均NDVI的关系都较好,以6月为起始月份计算的参数ω与同时段年平均NDVI的关系也好于其他起始月份。综合二方面的分析,认为以6月为起始月份利用水量平衡公式计算蒸散量应当更接近稳态流条件下与降水量相对应的蒸散量,即将ΔW最小化。因此认为6月至下年5月为泾河流域适宜的水文年划分。
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