長江流域在我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中占有重要戰(zhàn)略地位,而長江上游地區(qū)又集中了大部分水能資源,是我國水能資源綜合規(guī)劃設(shè)計和開發(fā)利用的重點流域。在人類活動、氣候變化和興建大型水利工程的共同影響下,水資源系統(tǒng)自然演變規(guī)律遭到嚴(yán)重破壞,充分掌握變化環(huán)境下長江上游流域水循環(huán)過程為我國水利工程規(guī)劃建設(shè)、水資源優(yōu)化配置和水電能源系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行提供重要科學(xué)支撐。本文圍繞變化環(huán)境下流域自然水循環(huán)過程演變規(guī)律與降雨徑流預(yù)報過程中面臨的科學(xué)問題,以長江上游干流區(qū)為主要研究對象,分析流域水文氣象要素時空演變情勢、探索提高流域降雨預(yù)報精度的先進理論和方法,研究延長流域短期徑流預(yù)報預(yù)見期的關(guān)鍵技術(shù)和方法。本文主要研究內(nèi)容及取得的成果包括以下幾個方面:(1)為分析變化環(huán)境下流域水文循環(huán)過程中水文氣象要素的時空演變特征,以長江上游干流區(qū)為主要研究對象,利用Mann-Kendall趨勢分析方法、累積距平法、小波分析法和標(biāo)準(zhǔn)降水蒸騰指數(shù)研究了長江上游干流區(qū)近幾十年流域水循環(huán)要素演化趨勢、突變特性、周期特征和氣象干旱演變規(guī)律。研究結(jié)果表明,長江上游干流區(qū)汛期降雨、徑流增加,枯水期降雨、徑流減少;年平均降雨量、徑流量呈不顯著性減少趨勢,溫度呈顯著性上升趨勢;流域呈較弱干旱化趨勢,揭示了長江上游干流區(qū)未來一段時間內(nèi)干旱或洪澇水文災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生頻率有增加趨勢。(2)為提高長江上游干流區(qū)的降雨預(yù)報精度,優(yōu)選適合流域物理過程的參數(shù)化方案組合。根據(jù)流域地貌地質(zhì)特征和氣候變化條件,研究了WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度數(shù)值天氣預(yù)報模式中不同的云微物理過程、陸面過程和積云參數(shù)化方案組合,構(gòu)建了包含平均絕對誤差、布萊爾評分、TS評分和合格率多指標(biāo)綜合評價體系,提出了基于TOPSIS多屬性決策的最優(yōu)參數(shù)化方案遴選方法。研究表明,當(dāng)云微物理過程選擇WSM3(WRF Single-Moment 3-class)方案、陸面過程選擇Noah(Noah Land Surface Model)方案和積云對流參數(shù)化過程選擇KF(Kain-Fritsch)方案時WRF模式在長江上游干流區(qū)的模擬精度最高,說明在不同研究區(qū)域優(yōu)選適合流域物理過程的參數(shù)化方案的必要性,推廣應(yīng)用前景廣闊。(3)探究不同數(shù)值模式預(yù)報產(chǎn)品在長江上游干流區(qū)的預(yù)報性能,解決短期徑流預(yù)報過程中如何有效延長徑流預(yù)報預(yù)見期等問題。分別從流域面降雨過程和降雨空間分布過程評價了中國氣象局T639模式和歐洲中期天氣預(yù)報中心(Ecmwf)發(fā)布的預(yù)報降雨產(chǎn)品在長江上游干流區(qū)的適用性,基于流域?qū)崪y降雨徑流資料,建立了長江上游干流區(qū)短期徑流預(yù)報系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上引入數(shù)值天氣預(yù)報模式預(yù)報降雨產(chǎn)品,建立了耦合數(shù)值天氣預(yù)報模式的流域短期徑流預(yù)報系統(tǒng)。研究表明,在長江上游干流區(qū)T639、Ecmwf模式7天預(yù)見期內(nèi)預(yù)報降雨分布帶趨勢、降雨中心位置接近于實測降雨,但預(yù)報降雨量略偏大;長江上游干流區(qū)陸氣耦合模型預(yù)報徑流精度較高,其中寸灘斷面徑流預(yù)報效果最好,7天預(yù)見期的徑流預(yù)報精度達(dá)到甲級標(biāo)準(zhǔn),有效的延長了徑流預(yù)報預(yù)見期,具有較高的實用價值,研究成果可為防范流域水文災(zāi)害、優(yōu)化水資源規(guī)劃設(shè)計和流域防洪調(diào)度風(fēng)險分析提供重要的參考。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P338
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究進程
    1.3 論文主要研究內(nèi)容
2 流域水文氣象時空演變特征分析
    2.1 研究流域概況與數(shù)據(jù)
    2.2 研究方法
    2.3 長江上游干流區(qū)水文氣象特征分析
    2.4 本章小結(jié)
3 流域WRF數(shù)值天氣預(yù)報研究
    3.1 WRF數(shù)值天氣預(yù)報模式
    3.2 研究方法
    3.3 WRF模式在長江上游干流區(qū)的應(yīng)用
    3.4 本章小結(jié)
4 基于陸氣耦合的流域徑流預(yù)報方法研究
    4.1 長江上游干流區(qū)數(shù)值模式預(yù)報降雨適用性分析
    4.2 長江上游干流區(qū)徑流預(yù)報研究
    4.3 長江上游干流區(qū)陸氣耦合模型應(yīng)用
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀碩士期間完成和參與的科研項目
附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文

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本文編號：2854063