太湖歷史演化記錄與模擬研究

太湖歷史演化記錄與模擬研究

《太湖歷史演化記錄與模擬研究》是2019年科學出版社出版的圖書,作者是於革。

基本介紹

  • 書名:太湖歷史演化記錄與模擬研究
  • 作者:於革
  • ISBN:9787030491084
  • 頁數:196
  • 出版社:科學出版社
  • 出版時間:2016-7-1
  • 裝幀:平裝
  • 開本:32
內容簡介,圖書目錄,

內容簡介

湖泊的水量、水質變化制約著湖泊生存、發展和消亡。然而,氣候變化下的湖泊水量變化是一個常態現象,而湖泊水體富營養化是湖泊的歷史過程。本書以歷史時期為視角,通過對太湖過去百年來湖泊沉積、磁學和花粉沉積特徵、考古證據、歷史文獻研究,進行流域水文長時間序列和極端年份水文數值模擬,同時對百年來太湖流域營養鹽變化導致的湖泊富營養化演變的不同特徵階段進行模擬以及敏感因子試驗。對歷史時期以自然系統為主和過去100年以人類活動為主的兩個時間系統,建立年解析度的水位、水量時間序列,識別極端洪水事件發生的強度、頻率。對比兩個時間系統評估人類顯著影響下的全球增溫時段和以自然系統下氣候變化對的影響,從而甄別人類活動引起的全球增溫對湖泊演化、極端災害發生程度、效應、頻率、分量等特徵和規律。針對太湖富營養化演化機理,模擬在年際~百年際的時間尺度下、分屬自然、農耕、現代工業城鎮化等不同歷史時期的湖泊外源營養鹽負荷的時空變化,從而探討了氣候變化與人類活動增強下對湖泊富營養化演變特徵、過程和機制。這些論據和論證為全球變暖影響到湖泊演化進程、極端洪水和水質災害發生和預測提供較為全面認識,為太湖水質治理、防災減災提供科學依據。

圖書目錄

前言
第一篇 概論
第1章 湖泊長期水量變化3
1.1湖泊水位變化研究的基本理論和實踐4
1.1.1從封閉湖泊到吞吐湖泊的研究4
1.1.2湖泊水位的指標體系4
1.1.3從個體湖泊研究到區域綜合5
1.1.4從湖泊水位變化過程到變化機制的研究6
1.2太湖歷史時期湖泊水量變化研究7
1.2.1太湖以及流域自然地理概況7
1.2.2過去3000年氣候變化下湖泊水量變化11
1.2.3歷史時期太湖水位和水量變化研究12
第2章 湖泊水量變化與極端水文事件14
2.1歷史時期極端氣候水文事件14
2.2從高分辨湖泊沉積記錄中追蹤極端水文事件16
2.3極端氣候水文事件數值模擬17
2.4氣候機制下極端水文事件的情景預測18
第3章 湖泊水質與湖泊營養演化21
3.1湖泊水質變化與湖泊營養演化21
3.2長期湖泊環境演化的研究途徑22
3.3數據與模擬對比分析25
3.3.1數據與模擬對比25
3.3.2不確定性分析26參考文獻27
第二篇 歷史時期太湖水環境演變
第4章 過去3000年以來流域氣候植被和太湖水量變化35
4.1鑽孔岩心和沉積時代35
4.2太湖流域孢粉記錄及氣候植被變化38
4.2.1孢粉特徵及其序列變化38
4.2.2花粉參數40
4.2.3根據花粉參數指示的氣候植被和人類活動變化44
4.3過去3000年以來氣候——下墊面變化下的太湖流量模擬48
4.3.1模型和模擬試驗49
4.3.2模型率定和控制試驗50
4.3.3歷史時期模擬試驗51
4.3.4敏感性控制因子試驗53
第5章 太湖過去150年以來極端洪水的沉積記錄55
5.1沉積鑽孔和試驗分析56
5.2太湖沉積序列和極端氣候標識56
5.2.1沉積年代序列56
5.2.2沉積粒度特徵57
5.2.3磁學特徵59
5.3湖泊沉積與降水、流量相關分析61
5.4極端歷史洪水年份的重建62
第6章 基於沉積考古重建太湖歷史極端洪水66
6.1歷史洪水的考古和文獻證據66
6.1.1水則碑洪水記錄66
6.1.2校驗水則碑記錄的洪水位66
6.1.3觀測水位與水則碑水位的銜接68
6.2歷史洪水的沉積信號69
6.2.1沉積粒度指標69
6.2.2磁性參數指標70
6.3重建歷史時期的極端洪水年71
6.3.1洪水序列重建71
6.3.2極端洪水年的水位和年份71
6.3.3洪水重現期分析73
6.4極端洪水與氣候關聯分析74
6.4.1PDO氣候指標及關聯性檢驗74
6.4.2太湖歷史洪水的氣候關聯分析75
6.4.3對太湖歷史極端洪水重建的討論76
第7章 太湖1889洪水年模擬79
7.1數據和方法79
7.2控制試驗和驗證81
7.2.1對太湖洪水產流的模擬能力81
7.2.2對太湖入湖洪水量和過程的模擬能力82
7.31889年洪水模擬83
7.3.1極端洪水年的產流和匯流模擬83
7.3.2極端洪水年的重現期和誤差估計85
7.4對太湖1889年極端洪水模擬的討論85
第8章 氣候變化下太湖極端洪水情景預測88
8.1區域資料和模擬試驗設計88
8.1.1模擬試驗方案88
8.1.2極端洪水年的氣候模式89
8.1.3不確定性分析90
8.1.4極端洪水的氣候效應和風險係數92
8.2極端洪水年模擬92
8.2.1現代氣候模式下洪水模擬(試驗1)92
8.2.2歷史氣候模式下洪水模擬(試驗2)95
8.3氣候變暖下太湖極端洪水歸因分析96
8.3.1不同驅動因子模擬的對比96
8.3.2歸因機制分析討論99
參考文獻101
第三篇 歷史時期太湖水質變化
第9章 湖泊富營養化數值模擬的研究109
9.1湖泊富營養化中的核心問題109
9.2流域—湖泊營養鹽的機理性模型研究110
9.3SWAT模型功能和套用114
9.3.1模型的主要功能114
9.3.2模型的套用116
第10章 太湖流域營養鹽現代過程模擬118
10.1以動力模擬途徑追蹤湖泊富營養化長期變化118
10.2空間與非空間數據及其處理119
10.2.1地形和水系119
10.2.2構建流域基礎資料庫120
10.2.3入湖和出湖水量的處理122
10.2.4營養鹽分類和數據處理123
10.3模型與模擬方案123
10.3.1模型的輸入、輸出和運行界面123
10.3.2模擬方案124
10.4現代典型年份營養鹽輸移模擬試驗124
10.4.1初始值設定124
10.4.2模型運行與率定126
10.4.3模型校驗127
10.4.4模擬結果129
10.5現代連續年份營養鹽輸移模擬試驗132
10.5.1流域點源輸入132
10.5.2模型驗證和率定133
10.5.3模擬結果134
10.5.4不同因子對營養鹽貢獻137
第11章 太湖流域20世紀60年代營養物質輸移的模擬139
11.1人類活動強度變化的轉折點——20世紀60年代139
11.2數據和處理140
11.2.1靜態數據140
11.2.2半靜態數據141
11.2.3動態數據141
11.320世紀60年代流域營養物質輸移動態模擬143
11.3.1季節變化143
11.3.2空間變化145
11.420世紀60年代至21世紀頭10年營養鹽輸移變化趨勢模擬146
11.4.1變化趨勢146
11.4.2總氮、總磷輸移趨勢與氣候關係分析147
11.5營養物質輸移的影響因子149
第12章 過去200年太湖流域營養鹽變化模擬151
12.1模擬方案和試驗設定152
12.1.1模擬方案152
12.1.2數據處理152
12.1.3未來試驗氣候場設定153
12.2太湖流域200年營養鹽自然本底模擬156
12.2.1時間和空間模擬結果156
12.2.2模擬與地質數據的對比159
12.3太湖流域營養鹽產量變化的預測160
12.3.1模擬系統設定160
12.3.2流域營養鹽變化趨勢162
第13章 總結和展望164
13.1對太湖歷史時期極端洪水的認識164
13.2對極端洪水發生過程和機制的認識165
13.3對太湖富營養化歷史演化的認識166
13.4湖泊模擬的研究方向167
參考文獻169
致謝177
彩圖
圖目錄
圖1.1太湖流域地形坡度、水系、土地利用類型和土壤分布圖8
圖1.2太湖流域及長江中下游1860~1869年、1900~1909年和1950~1959年(10年平均)溫度分布9
圖1.3太湖流域及長江中下游1860~1869年、1900~1909年和1950~1959年(10年平均)降水分布10
圖2.1歷史時期湖泊水量和極端水文事件模擬流程圖19
圖3.1歷史時期湖泊營養演化模擬流程圖24圖4.1研究區域和太湖地理位置圖(a)區域圖,(b)太湖流域圖)36
圖4.2太湖鑽孔TXS和DQG位置及多鑽孔岩性對比37
圖4.3太湖DQG孔孢粉圖譜41
圖4.4太湖TXS孔孢粉圖譜42
圖4.5長江三角洲地區典型鑽孔常綠與落葉闊葉屬種花粉含量比(EQ/DQ)變化45
圖4.6太湖流域常綠與落葉闊葉花粉含量比(EQ/DQ)變化45
圖4.7太湖流域以及長江下游典型鑽孔花粉RWCI指數變化46
圖4.8過去3000年以來禾本科花粉粒徑變化47
圖4.9過去3000年以來典型鑽孔松花粉含量變化48
圖4.10ECHAM氣候模型降尺度到太湖流域過去1000年特徵期降水模擬52
圖4.11太湖流域過去1000年流量變化模擬52
圖4.12太湖流域過去3000年特徵期月平均流量變化模擬及誤差53
圖4.13太湖流域水文敏感因子貢獻率分析54
圖5.1太湖TXS孔137Cs、210Pbt、226Ra、210Pbex蓄積垂直分布和年代序列57
圖5.2太湖TXS孔沉積物組分和磁化率特徵的垂直分布58
圖5.3太湖TXS鑽孔磁學參數與沉積粒度比較60
圖5.4太湖TXS孔沉積砂級含量與流域洪水年份和區域降水對比62
圖5.5太湖TXS孔砂級粒度和磁化率(χlf)相關分析64
圖5.6太湖TXS孔沉積粒度(砂級D64和D50)和磁化率(χlf)的頻譜分析64
圖6.1太湖流域地表高程、水系及水則碑、水文站和鑽孔位置67
圖6.2太湖水則碑洪水位與逐日觀測年昀高水位80%百分位的銜接系列68
圖6.31921~2004年太湖特大洪水位與沉積指標對比70
圖6.4太湖沉積記錄3個的洪水信號序列對比71
圖6.51600~1920年多指標歷史洪水序列對比72
圖6.61600~2004年洪水序列頻譜分析73
圖6.7過去400年太湖特大洪水水位與PDO序列對比76
圖7.1太湖上游模擬區域圖80
圖7.21988~2002年控制試驗逐月水文模擬與觀測對比82
圖7.31999洪水年降水、徑流和水位對比83
圖7.41889洪水年逐日觀測降水(P)和逐日模擬匯流徑流(Q)83
圖7.5太湖1889洪水年模擬徑流和頻率分布84
圖8.1IPCC-20C3M方案1999年逐日降水模擬和驅動試驗1逐日流量模擬93
圖8.2IPCC-20C3M方案驅動逐日極端流量模擬頻率分布及與控制試驗流量對比94
圖8.3IPCC-PICTL方案驅動試驗2的15年逐日流量模擬和頻率分布95
圖8.4IPCC-PICTL方案驅動試驗2極端流量模擬頻率及與控制試驗流量對比96
圖8.5蒙特卡羅模擬太湖流域逐日流量變化及頻率分布98
圖8.6IPCC-PICTL方案和20C3M方案驅動的太湖流量變化風險評估99
圖10.1模擬太湖水域分區和流域119
圖10.2各區地表徑流逐月模擬與實測值對比128
圖10.3各區逐月總氮和總磷模擬與實測值對比128
圖10.41995年、1998年和2002年太湖流域總氮、總磷總量模擬129
圖10.5太湖上遊河網分布與水文水質斷面位置圖133
圖10.6太湖上游各區1987~2007年多年營養鹽通量空間來源137
圖10.7不同營養鹽來源因子對湖泊TN和TP貢獻率138
圖11.1太湖各區模擬總氮、總磷逐月分布143
圖11.2太湖流域土壤總氮和總磷空間分布圖145
圖11.31962~2002年入湖總氮和總磷模擬的年平均量146
圖11.41962~2002年太湖總氮和總磷模擬的濃度變化147
圖11.51962~2002年實測流量與模擬總氮、總磷入湖量148
圖11.620世紀60年代營養來源對入湖營養鹽的貢獻率150
圖12.1太湖流域歷史時期子流域劃分153
圖12.2太湖流域未來100年頻率高於75%的溫度和降水變化155
圖12.3太湖流域四個子流域(NW、N、SW、SE)過去200年營養鹽各個分量模擬157
圖12.41850~1940年入湖TN和TP年平均量模擬158
圖12.5過去200年TN和TP模擬的區域分布158
圖12.6過去200年太湖子流域入湖營養鹽模擬與沉積資料(Dls和Ms鑽孔)對比160
圖12.71960~2000年入湖年平均(ANN)和夏季(JJA)TN和TP模擬161
圖12.8氣候變化驅動下2010~2100年太湖流域TN和TP變化模擬163
表目錄
表4.1歷史時期各個特徵期氣候變化下模擬方案49
表6.1太湖吳江水則碑的洪水位標準67
表6.220世紀特大洪水器測水位與水則碑記錄對比68
表6.3太湖歷史洪水與PDO關聯性檢驗的參數和結果75
表7.11889洪水年徑流模擬及頻率上、下限誤差估計85
表8.1試驗1(1988~2002年)和試驗2(1880~1894年)入湖流量模擬的主要統計量97
表9.1基於流域尺度的湖泊營養鹽外源模型112
表10.1流域地形基本特徵和人口密度120
表10.2太湖流域主要河道入湖出湖水量特徵和係數122
表10.3模擬方案設計124
表10.4計算人和牲畜TN、TP排放參數125
表10.5校驗水量、總氮和總磷模擬的ENS係數127
表10.61995年、1998年和2002年總氮、總磷量模擬130
表10.7不同營養源類型對湖泊總氮、總磷貢獻率131
表10.8不同子流域營養源對湖泊總氮、總磷貢獻率131
表10.91987~2007年各子流域輸出營養鹽濃度模擬135
表10.101987~2007年各子流域營養鹽量模擬136
表11.11965~1995年太湖流域主要社會經濟指標的增長率143
表11.220世紀60年代子流域總氮、總磷年內模擬月均值144
表11.31962年和1965年子流域總氮、總磷入湖量模擬年均值145
表11.4營養鹽入湖趨勢擬合函式參數設定147
表11.520世紀60年代營養鹽來源敏感試驗結果149
表12.11960~2000年太湖水體與沉積物TN、TP測值資料159

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