贝加尔湖流域生态水文过程和气候变化的关系与特征研究

论文摘要

生态水文变化导致贝加尔湖盆地的水文气候参数、生态系统和环境条件发生变化。对气候变化最敏感的地区是中亚的干旱和半干旱地区。中亚地区尤其是贝加尔湖盆地跨度大,受大尺度降水和气温的影响明显。因此,贝加尔湖盆地是研究水文参数和环境条件的理想区域。分析降水量、气温、径流量、土地利用和植被覆盖度的变化是研究与人类活动和自然过程重要的方法。因此,研究贝加尔湖盆地的生态水文条件是研究两者之前联系的关键条件。本研究采用Mann-Kendall（MK）、创新趋势分析法（ITAM）、Sen’s斜率估算试验和统计分析,对流域选定站点的年降水量、气温和径流量变化进行了分析。本研究使用遥感、GIS技术、土地覆盖分类和植被检测方法来评估贝加尔湖盆地的土地覆盖和植被特征。通过应用统计分析、建模和数学分析,估算了永久冻土的横向流动。此外,本研究通过应用统计分析和集成方法研究了流域的水资源和环境管理。对俄罗斯和蒙古境内的子流域进行参数比较。俄罗斯境内的贝加尔湖盆地分析结果表明,在Nizhneangarsk站（Z=1.06）,年降水量的趋势显著增加,然而,其他站点的降水呈下降趋势。Hamar Daban站（Z=1.60）,Bolshoe Goloustnoe站（Z=1.41）,Nizhneangarsk站（Z=2.18）,Ust Barguzin站（Z=2.26）和Ulan Ude（Z=3.47）站的气温呈增加趋势。在蒙古族贝加尔湖流域的Selenga河子流域,Ulaanbaatar站（Z=0.71）,Erdenet站（Z=0.13）和Tsetserleg站（Z=0.26）的年降水量的变化趋势相对较小;然而,Murun站（Z=2.45）和Sukhbaatar站（Z=1.06）显示出明显的增长趋势。此外,Ulaanbaatar站（Z=5.88）,Erdenet站（Z=3.87）,Tsetserleg站（Z=4.38）,Murun站（Z=4.77）和Sukhbaatar站（Z=2.85）的年气温急剧上升。与水平衡中的其他元素相比,降水对河流流量的长期波动影响更大。所有台站的气温都明显上升,形成影响其他生态水文过程的基本条件。Utulik河（Z=1.98）,Upper Angara河（Z=2.12）和Barguzin河（Z=2.71）的河流流量呈增加趋势,Selenga河（Z=-2.14）和Khara Murin河（Z=-0.73）在研究时间段内流量减少。在贝加尔湖盆地子流域蒙古族塞伦加河流域,结果表明河流流量趋势为。MK曲线显示从1994年至2016年Ulaanbaatar站的年河流流量（变化参数）呈急剧下降趋势（Z=-3.32）,Tsetserleg站呈明显急剧下降趋势（Z=-3.84）,Murun站呈显著下降趋势（Z=-1.28）,Sukhbaatar站观察到显着下降趋势（Z=-2.05）,在所有（五个站）中均观察到显着的下降趋势（Z=-2.05）。在研究期间,Selenga河流量呈显著下降趋势。特别是,自1995年以来,Selenga河流量明显减少。本研究确定了贝加尔湖盆地气候变化,土地覆盖和植被变化的空间和时间模式。在过去的40年里,降水量几乎没有增加,而气温却增加了1.6°C。这在中亚的半干旱地区非常高。在过去10年中,土地覆盖发生了重大变化。草原、水体、永久积雪和冰面面积分别减少485.40 km2,161.55 km2和2.83 km2。然而,森林和湿地面积分别增加了111.40 km2和202.90 km2。大约83.67 km2的水体面积已经转变为湿地。此外,归一化植被指数（NDVI）也发生了显着变化,2000年NDVI最大值为1,2010年降至0.9。显然,植被变化在山区和河流区更明显。我们的研究结果对于预测全球气候变化下贝加尔湖流域水资源和水生态环境的安全性具有重要意义。这些变化与贝加尔湖盆地的气候变化和人类活动过程同时发生。研究分析了Selenga河流域的多年冻土,上述永久冻土钻探深度达4米,由于气候变化,夏季正在融化。在永久冻土带中,可以计算永久冻土层的地下横向流动,从而形成新的公式。此研究结果表明了贝加尔湖流域气温升高和降水减少的水文气候原因。这些变化影响土壤含水量,进而使土地覆盖和植被覆盖发生相应的改变。这对生态水文的影响重大,同时也对环境产生了不利影响。贝加尔湖流域实施可持续水资源管理必须综合考虑水文和生态过程。为了保护流域环境,必须制定特定的保护条例以保护更多的土地资源。

论文目录

ACKNOWLEDGMENTS

abstract

摘要

SYMBOLS AND ABBREVIATIONS

CHAPTER 1 GENERAL INTRODUCTION

1.1.Introduction

1.2.Particularity and Condition of the Lake Baikal Basin

1.2.1.Study Area

1.2.2.Factors Affecting the Hydrological Processes of the Lake Baikal Basin

1.2.2.1.Precipitation

1.2.2.2.Effect of Evapotranspiration

1.2.2.3.Water Infiltration

1.2.2.4.Surface Runoff and Groundwater Flow

1.2.2.5.River Flow and Water Temperature

1.2.2.6.Snow Melting Process

1.2.2.7.Permafrost Effects

1.2.2.8.Water Use

1.2.3.Factors Affecting the Ecological Processes of the Lake Baikal Basin

1.2.3.1.Water Pollution

1.2.3.2.Vegetation Cover Changes

1.2.3.3.Effects on Organism

1.2.3.4.Human Activities

1.2.3.5.The Sediment Loads of the Basin

1.2.3.6.Forest Fire and Its Effects

1.3.Conclusions

1.4.Study Objectives

1.5.Dissertation Structure

CHAPTER 2 OBSERVED TRENDS OF CLIMATE AND RIVER DISCHARGE IN THE LAKE BAIKAL BASIN

2.1.Climate and River Discharge Data Sources

2.2.Methods of Climate and River Discharge

2.2.1.Mann-Kendall Trend Test

2.2.2.Innovative Trend Analysis Method（ITAM）

2.2.3.Sen’s Slope Estimator Test

2.3.Results

2.3.1.Precipitation Analysis of Russian Part

2.3.2.Air Temperature Analysis of the Russian Part

2.3.3.River Discharge Analysis of the Russian Part

2.3.4.Relationship of Climate and River Discharge in the Russian Part

2.3.5.Precipitation Analysis of Mongolia

2.3.6.Air Temperature Analysis of Mongolia

2.3.7.River Discharge Analysis of Mongolia

2.3.8.Relationship of Climate and River Discharge in Mongolia

2.4.Discussion

2.5.Conclusions

CHAPTER 3 OBSERVED TRENDS OF CLIMATE AND LAND COVER CHANGES IN LAKE BAIKAL BASIN

3.1.Data Sources

3.1.1.Meteorology Data

3.1.2.Land Cover Data

3.1.3.Vegetation Data

3.2.Methods

3.2.1.Meteorological Analysis

3.2.2.Land Cover Analysis

3.2.3.Vegetation Analysis

3.3.Results and Discussion

3.3.1.Observed Climate Changes

3.3.2.Land Cover of Change Detection and Classification

3.3.3.NDVI and EVI Analyses

3.3.4.The Implication of Climate Change Over land Covers of Lake Baikal Basin

3.4.Conclusions

CHAPTER 4 DEVELOPMENT OF THE WEP MODEL,LATERAL FLOW ESTIMATION

4.1.Model Development

4.1.1.Model Structure

4.1.2.Hydrological Processes

4.1.3.Energy Processes

4.2.Input Data Preparation

4.3.Parameter Estimation

4.3.1 Soil Parameter

4.3.2 Permafrost Parameter

4.3.3.Infiltration Coefficient of the Permafrost Layer

4.4.Estimation of Lateral Flow

4.5.Permafrost Conditions

4.6.Conclusions

CHAPTER 5 RELATIONSHIP AND CHARACTERISTICS OF ECOHYDROLOGICAL PROCESSES IN THE LAKE BAIKAL BASIN

5.1.Characteristics of Climate Change in Lake Baikal Basin

5.1.1.Characteristics of Precipitation

5.1.2.Characteristics of Air Temperature

5.2.Characteristics of Hydrological Processes in Lake Baikal Basin

5.3.Changes in Ecological Systems in Lake Baikal Basin

5.3.1.Land Cover Change

5.3.2.Vegetation Change

5.3.3.Human Activity

5.4.Ecohydrological Management of Lake Baikal Basin

5.4.1.Water Management

5.4.2.Environmental Management of the Lake Baikal Basin

5.5.Relationship of Ecohydrological in the Lake Baikal Basin

5.6.Discussion

5.7.Conclusions

CHAPTER 6 GENERAL CONCLUSIONS

6.1.Conclusions

6.2.The main innovations points

6.3.Recommendations

6.4.Future Research

LIST OF PUBLICATIONS

REFERENCES

文章来源

类型: 博士论文

作者: Dorjsuren Batsuren

导师: 王浩,严登华

关键词: 气候变化,河流流量,土地覆盖,生态水文,蒙古

来源: 东华大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用

单位: 东华大学

基金: 国家重点研发计划项目“陆地—水文耦合模式构建与全球陆地水资源演变趋势预测”(项目编号:2016YFA0601503)

分类号: X143;P467

DOI: 10.27012/d.cnki.gdhuu.2019.000573

总页数: 136

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