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基于ArcGIS的陕西省天气气候极值及其重现期值的时空分布特征研究

作　者: 徐军昶
导　师: 卫海燕
学　校: 陕西师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 天气气候极值重现期时空分布
分类号: P466
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

气象灾害是自然灾害中最为频繁而又严重的灾害,随着全球气候变暖趋势的加剧,影响我国最为严重的特大干旱、暴雨洪涝等极端天气气候事件发生的频率越来越高,破坏程度越来越强,影响范围越来越大,多年一遇,甚至百年一遇,超百年一遇的极端天气气候事件不断发生,严重威胁到人民的正常生活和社会的安全生产。随着气候变化和人们对于极端气候事件的重视及气候可行性论证工作的开展,对于极端气候事件暨气候极值如极端最高气温,极端最低气温,日最大降水量,年降水量等的时空分布特征及影响的研究就显得较为迫切。本文以ArcGIS为主要工具,结合DEM和数理统计方法,对陕西省气象台站观测的历史极端气温和降水资料的空间插值方法进行了探讨和甄别,并通过科学方法进行了验证,进而分析了陕西省极端气温和降水的时空分布特征;通过Visual Basic编程,对气温、降水等不同气象要素重现期的计算方法进行了筛选,对陕西省极端气温和降水分别采用科学的方法给出了不同重现期的空间分布,并给出了相应的定量分析结果。结论如下:1.陕西省极端最高气温多出现在6月和7月,极端最低气温多出现在12月和1月,地区差异很大。极端最高气温年际变化特征明显,1951年至1982年各个地区年极端最高气温呈持平或降低趋势。1983年以后,年极端最高气温呈现出明显的上升趋势。极端最低气温年际变化特征明显,1951年至2007年各个地区年极端最高气温呈现逐步升高的趋势。2.陕西省日最大降水量多出现在6、7、8月,各月差异非常大,且日最大降水量并没有显著的北少南多特征。年降水量有显著的北少南多特征,年际变化特征明显,以榆林,延安,西安,安康,汉中为代表站点,1951年至2007年各个地区除安康略有上升外,其余四站年降水量均呈现减少趋势。3.在考虑海拔高度影响下,无论极端最高气温还是极端最低气温,用普通克里金插值的方法效果最好。极端气温重现期的计算采用Weibull分布的S~2_f、R_f及K_f最小,效果最好。极端降水插值方法的选取中,径向基函数法效果最好,极端降水量重现期的计算应用矩法参数估计的极值Ⅰ型分布的S~2_f、R_f及K_f最小,效果最为理想。4.陕西省重现期极端最高和极端最低气温的地域差异明显,十五年一遇极端最高气温多集中于34～42℃,占总面积的88.92%。三十年一遇极端最高气温多集中于34～42℃,占总面积的87.11%。五十年一遇极端最高气温多集中于36～42℃,占总面积的76.76%。百十年一遇极端最高气温多集中于36～44℃,占总面积的88.83%。十五年一遇极端最低气温多集中于-11～-29℃,占总面积的72.98%。三十年一遇极端最低气温多集中于-11～-29℃,占总面积的74.30%。五十年一遇极端最低气温多集中于-11～-32℃,占总面积的87.63%。百年一遇极端最低气温多集中于-14～-32℃,占总面积的72.80%。5.陕西省大部分地区十五年一遇日最大降水量介于75.0～200.0mm。三十年一遇日最大降水量介于75.0～225.0mm。五十年一遇日最大降水量介于100.0～250.0mm。百年一遇日最大降水量介于100.0～300.0mm。其中,汉中的镇巴和安康的紫阳及宁陕小部分地区为重现期日最大降水量大值区。陕西省全境绝大部分地区三十年一遇以上的日最大降水量都达到了大暴雨的标准。部分地区百年一遇日最大降水量达到了特大暴雨的标准。陕西省大部分地区十五年一遇年最大降水量介于400.0～1900.0mm。三十年一遇年最大降水量介于500.0～2100.0mm。五十年一遇年最大降水量介于500.0～2200.0mm。百年一遇年最大降水量介于600.0～2400.0mm。陕西省多年一遇年最大降水量空间分布总体呈现明显的阶梯状分布特征,由南至北年最大降水量逐级递减,有几个大值区,大值区多出现在汉中的镇巴和宁强等。本文在以下几个方面具有一定的创新性:1.以反映天气气候最基本的气温和降水为研究对象,给出了陕西省极端天气气候要素的时空分布特征,在为社会各行业提供一定参考的同时,也可以为防灾减灾提供相应的数据支撑和科学依据。相似的文献至今鲜见,具有一定的创新性。2.通过编程,利用ArcGIS软件,结合DEM以及对不同气象要素重现期计算方法及空间插值方法的选择,对气象要素极值的时空分布特征及其重现期值的空间分布特征进行了探讨,并且给出了定量的结论,为今后进行类似的科学研究提供了可参考的解决思路,具有一定的创新性。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章引言  10-15
  1.1 天气气候极值的研究意义  10-11
  1.2 天气气候极值的研究进展  11-13
  1.3 本文的研究特色  13-15
第2章研究背景和内容  15-22
  2.1 研究区概况  15-17
    2.1.1 地理概况  15-16
    2.1.2 气候特点  16-17
  2.2 本文提到的相关天气气候概念  17-18
  2.3 用到的相关软件  18-21
    2.3.1 ArcGIS 9.2  19-20
    2.3.2 Visual Basic 6.0  20
    2.3.3 DPS  20
    2.3.4 Excel 2003  20-21
    2.3.5 Word2003  21
    2.3.6 Adobe Photoshop  21
  2.4 本文的研究内容  21-22
第3章资料的处理及研究方法  22-35
  3.1 资料的选取与处理  22-24
    3.1.1 资料来源  22-23
    3.1.2 资料处理  23-24
  3.2 重现期的分析与计算方法  24-30
    3.2.1 频率分析法的引入  24-25
    3.2.2 目前常用的极值分析方法  25-29
    3.2.3 选择分布函数的标准—拟合优度指标  29-30
  3.3 气象要素空间插值  30-34
    3.3.1 插值方法简介  31-33
    3.3.2 小结  33-34
  3.4 本文研究方法  34-35
    3.4.1 空间插值方法选择  34
    3.4.2 天气气候极值的空间分布特征分析  34
    3.4.3 重现期计算方法选择  34-35
第4章气温极值及其重现期值的时空分布特征  35-55
  4.1 气温极值的年内变化和年际变化  35-39
    4.1.1 极端最高气温年内变化  35-36
    4.1.2 极端最低气温年内变化  36
    4.1.3 极端最高气温年际变化  36-38
    4.1.4 极端最低气温年际变化  38-39
  4.2 气温极值插值模型的选取  39-42
    4.2.1 气温极值回归模型的建立  39-40
    4.2.2 气温极值插值模型  40
    4.2.3 气温极值插值模型的选择  40-42
  4.3 气温极值的空间分布  42-45
    4.3.1 陕西省极端最高气温空间分布  44
    4.3.2 陕西省极端最低气温空间分布  44-45
  4.4 重现期气温极值的计算  45-47
  4.5 重现期气温极值的空间分布  47-55
    4.5.1 重现期气温极值回归模型的建立  47-48
    4.5.2 结合DEM的重现期气温极值空间插值计算  48-49
    4.5.3 陕西省重现期最高气温空间分布  49-51
    4.5.4 陕西省重现期极端最低气温空间分布  51-55
第5章降水量极值及其重现期值的时空分布特征  55-71
  5.1 日最大降水量的年内、年际变化和年降水量的年际变化  55-58
    5.1.1 日最大降水量的年内变化  55-56
    5.1.2 日最大降水量的年际变化  56-57
    5.1.3 年降水量的年际变化  57-58
  5.2 降水量极值插值模型的选取  58-60
  5.3 降水量极值的空间分布  60-62
    5.3.1 陕西省日最大降水量空间分布  61-62
    5.3.2 陕西省年最大降水量空间分布  62
  5.4 重现期降水量极值的计算  62-64
  5.5 重现期降水量极值的空间分布  64-71
    5.5.1 陕西省重现期日最大降水量值空间分布特征  65-68
    5.5.2 陕西省重现期年降水量值空间分布特征  68-71
第6章结论  71-75
  6.1 结论  71-72
  6.2 本文创新之处  72-73
  6.3 本文存在的问题以及今后的研究方向  73-75
参考文献  75-82
致谢  82-83
攻读学位期间的研究成果  83

基于ArcGIS的陕西省天气气候极值及其重现期值的时空分布特征研究

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