【摘 要】
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受气候变化和高强度人类活动影响,流域水循环过程发生显著变化,许多流域的年径流序列呈现非稳态特性。Budyko框架因其坚实的理论基础和明晰的物理意义,一直以来是流域生态水文研究的热点,但传统基于Budyko框架的分析多在水热耦合参数不变的假设下进行,而对非稳态下时变参数的分析有限,这将会影响年尺度径流响应机制分析的合理性,不利于水资源管理的科学决策。基于此,本论文以黄土高原中部36个流域为研究区,在
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受气候变化和高强度人类活动影响,流域水循环过程发生显著变化,许多流域的年径流序列呈现非稳态特性。Budyko框架因其坚实的理论基础和明晰的物理意义,一直以来是流域生态水文研究的热点,但传统基于Budyko框架的分析多在水热耦合参数不变的假设下进行,而对非稳态下时变参数的分析有限,这将会影响年尺度径流响应机制分析的合理性,不利于水资源管理的科学决策。基于此,本论文以黄土高原中部36个流域为研究区,在深入剖析气象水文、植被覆盖、土地利用类型和社会经济要素时空演变规律的基础上,构建考虑多要素影响的时变Budyko框架,以此定量评估不同时间尺度下气候变化和人类活动对径流的影响,科学探究径流对不同人类活动形式的响应机制。基于CMIP5多模式数据,综合预估了未来全球升温1.5℃和2℃情景下气候要素的变化特征,采用Budyko框架量化了不同升温情景下径流对气候变化的响应。同时,利用Copula函数构建气候要素与径流的联合分布,以此探究未来不同气候条件下径流变化的趋势及其概率。研究成果对客观全面认识黄土高原中部地区径流形成及其对变化环境的响应机制具有重要意义,可为该地区流域水资源管理和水生态保护提供决策依据。本论文的研究工作及结论如下:（1）流域气候、植被、土地利用和社会经济要素的时空演变规律分析。各流域降水量呈西南高东北低的分布格局,潜在蒸散发量呈东北高西南低的分布格局,多数流域降水量和潜在蒸散发量分别呈减少和增加趋势。径流深呈西南高东北低的分布格局,且呈显著下降趋势。绝大多数流域的耕地面积比例呈减少趋势,而林地、草地、灌木林面积比例和叶面积指数（LAI）呈显著增加趋势。社会经济要素总体上呈南高北低的分布格局,其中人口、GDP和有效灌溉面积均呈增加趋势,而灌溉用水量和工业用水量在多数流域呈上升趋势,在南部部分流域呈下降趋势。（2）构建了考虑多要素影响的时变Budyko框架。全面考虑多要素（降水量、潜在蒸散发、LAI、耕地面积比例、建设用地面积比例、有效灌溉面积、人口、GDP、灌溉用水量和工业用水量）对Budyko水热综合参数n的影响,优选函数表达形式（线性、指数型或对数型）以描述参数n与多要素间的关系,在考虑多重共线性影响的基础上构建时变Budyko框架。结果表明,耕地面积比例、GDP、工业用水量和灌溉用水量对流域水热条件具有显著影响。相较恒定参数模型,考虑多要素的时变Budyko框架显著提高了年径流的模拟精度。（3）基于时变Budyko框架进行径流变化归因分析。利用三种方法（分解法、弹性系数法和互补法）定量评估不同时间尺度下气候变化和多种人类活动形式对径流变化的影响。结果表明,相比气候变化,人类活动对径流减少的贡献更大,且以工业和灌溉取水量、人口和GDP增加的影响最为显著,其次是耕地面积减少和植被覆盖增加。典型流域年际尺度径流变化归因结果表明,人类活动影响早期略低于或与气候影响持平,而后期增幅明显高于气候变化影响。（4）基于CMIP5多模式数据,预估全球升温1.5℃和2℃情景下气候变化对径流的影响及其概率。利用时变Budyko框架定量预估未来气候变化对径流的影响,同时利用Copula函数探究未来气候条件改变下径流变化的概率。结果表明,在全球升温1.5℃情景下,绝大部分流域呈暖干化趋势,而在全球升温2℃情景下,所有流域呈暖湿化趋势,但变化幅度不大。全球升温1.5℃和2℃情景下,气候变化（降水和潜在蒸散发）的综合影响使径流分别减少10.6%～37.7%和0.8%～30.7%,而概率分析结果表明,全球升温1.5℃情景相较升温2℃情景下,径流减少风险受气候变化影响可能加剧。
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