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本文以全球五大洲径流为研究对象,通过与气候因子的分析达到对全球水资源变化的认识。本研究对象幅员辽阔,跨越多种自然地理环境,受来自不同气候带的影响,流域内气象万千,水文现象错综复杂。由于对流域水文过程认识程度的局限和所持有的影响水文过程资料的限制,至今还难以完全用数学物理方法确切地描述其中每一个过程。以前主要基于单个小区域或用传统研究方法和手段对流域径流的变化规律及影响进行研究,该方法目前面临着许多无法妥善处理的困难,为了改善这种困境,需要不断的引入新的理论和方法,同时需要不断将不同的方法有机的结合起来,对流域整体进行系统的科学分析和研究。
本文在总结吸收前人研究成果的基础上,运用现代分析新理论-小波理论,并结合传统的理论和分析方法,对全球径流的变化特性及影响进行了分析研究;同时,对太阳黑子、南方涛动、北大西洋涛动、北极涛动和印度洋偶极子进行了周期性和突变性分析;针对全球各流域气候的变化,将太阳黑子、南方涛动、北大西洋涛动、北极涛动和印度洋偶极子与五大洲径流作互相关分析,以挖掘气候异常对全球水文水资源的影响,从而进一步认识全球大尺度的水文演变规律。本次研究分析主要取得了以下主要成果:
(1)对全球径流序列的自身变化规律的分析后,发现除俄罗斯:勒拉河、顿河、阿尔丹河,欧洲因河、美茵河、莱茵河、威悉河以及多瑙河罗马尼亚段,南美洲亚马逊河和巴拉那河,加拿大圣玛丽河以及非洲白尼罗河支流杰贝勒河在20世纪所选择研究时间段上基本呈现径流量增加趋势以外,其它在亚洲、欧洲、美洲非洲所选取的站点上径流均表现出了不同程度的减少趋势;另外值得一提的是俄罗斯安加拉河在上世纪前半页呈减少趋势,而自1963年以后又呈现增加趋势。而大洋洲由于资料的限制,发现19世纪末到1950年前后大多数径流呈现增加的趋势,而马兰比季河呈现减少趋势;新西兰凯图纳河虽然资料较长依然表现出增加趋势。
(2)通过对全球径流自身变化规律的分析发现,全球大多数径流都具有一个较明显的不多于7年的可以通过95%信度检验的短周期,和一个时间相对短周期较长的主周期,具体如下:亚洲大多数径流具有7~8年左右、14年左右和32年左右以及64年左右的周期,而印度印度哥达瓦里河的周期略有不同表现为11年、24年和64年左右;俄罗斯径流中别拉亚河、勒拉河和安加拉河具有比较明显的16年左右周期,其他河流明显呈现出一个11年左右的周期;欧洲大部分径流普遍具有6年左右、11年左右和32年左右(部分河流表现为24年左右)的周期,另外一部分径流具有14年左右、28年左右和48~60年左右的周期,其中资料最长的瑞典Vannern-Gota河还具有80年和140年左右的周期,另外德国的因河因为资料较长表现出一个128年的周期;南美洲径流没有表现出比较齐整的周期规律,只有圣弗朗西斯科河的Juazeiro站和智利马乌莱河En Armerillo站的径流统一表现出2年和11年的周期;北美洲径流表现处的周期规律与欧洲类似:大洋洲径流除新两兰凯图纳河明显有11年左右周期外,其他澳大利亚的河流基本上表现出14年左右周期,另外还具有有7年左右年和32年左右的周期;非洲径流主要具有14年左右和32年左右的周期。
(3)对所选的五个气候因子进行了周期分析,得出太阳黑子具有11年和106年的周期,但只有11年周期通过95%信度检验;南方涛动具有6年、4年和50年周期,4年和6年周期通过95%信度检验;北大西洋涛动具有8年、14年和2年的周期,其中8年和2年的周期通过95%信度检验;北极涛动具有128年、64年、17年、10年和2年周期,其中只有2年周期通过95%信度检验:印度洋偶极子具有128年、64年、11年和2年周期,只有2年周期通过95%信度检验。
(4)根据厄尔尼诺和拉尼娜事件的确定方法,对1957年以来的冷暖事件进行统计,共确认了12次暖事件(占57%)和9次冷事件(占43%),暖事件居绝对优势,而且进入20世纪90年代以来,在发生的5次ENSO事件中,冷事件仅有一次,反映出明显的暖事件发生频率增加,而冷事件发生频率下降的趋势。
(5)五个气候因子对全球径流都产生了影响,但影响的程度有着巨大的差别。对全球径流影响最大的气候因子为印度洋偶极子,对每个径流序列的平均最大相关系数都在0.9左右。其次北极涛动,北极涛动对每个径流序列的平均最大相关系数都在0.5左右。而南方涛动、太阳黑子和北大西洋涛动对全球径流序列的影响则不是很显著,相关系数都在95%信度检验值左右变化。
(6)通过对五个气候因子与全球五大洲径流的影响分析,得知影响全球径流的明显程度从强到弱的排序为:印度洋偶极子>北极涛动>北大西洋涛动>南方涛动>太阳黑子。在每个气候因子对全球五大洲的径流影响中,不同的因子对每个洲径流的影响程度不一样。其中,印度洋偶极子对五大洲径流影响程度的排序为:欧洲>非洲>亚洲>南美洲>北美洲>大洋洲;北极涛动对五大洲径流影响程度的排序为:欧洲>亚洲>北美洲>南美洲>非洲>大洋洲;北大西洋涛动对五大洲径流影响程度的排序为:欧洲>南美洲>北美洲>亚洲=大洋洲>非洲;南方涛动对五大洲径流影响程度的排序为:非洲>大洋洲>北美洲=南美洲>亚洲>欧洲;太阳黑子对五大洲径流影响程度的排序为:非洲>亚洲>欧洲>南美洲>大洋洲>北美洲。