概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

用VIC模型模拟黑河上游流域水分和能量通量的时空分布

受地形起伏影响, 山区流域的水分和能量通量时空分布差异很大. 利用水文模型VIC (variable infiltration capacity)对黑河上游流域的水文和能量时空分布进行了模拟, 并通过观测对模拟结果进行了验证. 结果表明:VIC模型能够较合理地模拟研究区径流过程, 对净辐射的计算也较准确, 模拟得到的部分水分通量和能量通量(感热、潜热和土壤热通量)在趋势上较一致, 但在数量上存在偏差. 积雪过程对研究区的水文和能量循环有重要影响, VIC模型对积雪的模拟偏差较大, 导致了每年4月左右的模拟径流偏低, 也没有模拟出积雪融化导致的土壤含水量上升; 同时, 积雪模拟的不准确也明显影响到能量通量的模拟. 在研究区, 土壤水分变化受土壤冻融影响明显, VIC模型对气温较高、不发生冻融过程的7-9月土壤水分变化模拟较好, 但是在其他月份, 对积雪及表层土壤消融导致的土壤水分迅速增加和土壤冻结导致的土壤水分迅速减少两个过程的模拟比较差; VIC模型能够给出水分和能量各通量的时空分布, 较好地揭示研究流域各个通量的空间异质性及相互影响.     

寒区和干旱区水文研究的回顾和展望

寒区和干旱区水文研究冰川,积雪,冻土,高寒山区和山前地带已初步形成了较完整的观测实验和研究体系,８０年代以来,在冰川融水径流,出山径流形成的观测实验,寒区水文过程,冰川作用流域水文过程和大气过程相互关系。乌鲁木齐地区的水资源问题,气候对水资源的影响,高亚洲冰冻圈水文,冰川洪水和融雪径流以及干旱区水文等方面已取得了多项研究成果,近年来,寒区和干旱区水文水资源的研究在内陆河流域水资源合理开发利用与社会     

基于能量平衡对额尔齐斯河流域融雪过程的研究

为定量描述额尔齐斯河流域积雪的消融过程,建立了利用基于能量平衡的积雪模型,对流域内库威积雪站2014年1月4日-3月28日积雪的积累和消融过程进行了模拟.结果表明:模型能够很好的模拟出融雪期净辐射能量的变化过程,对雪水当量的模拟结果也非常好,雪水当量的观测值和模拟值之间的Nash系数达到了0.989.在积雪的积累期,雪表的净辐射、感热、潜热通量的绝对值以及地表热通量明显低于积雪的消融期.在积累期,感热和潜热通量以及土壤热通量受到雪层厚度的影响.当雪水当量小于10 mm时,感热和潜热通量的绝对值偏高,土壤热通量的波动性也偏大.在积累期积雪的物质损失全部为升华损失,升华量为2.74 mm;在消融期,积雪的融化量为66.26 mm,升华量为2.04 mm.净辐射对积雪物质损失的贡献达到了83.1%,湍流通量对积雪物质损失的贡献达到16.9%.由于在融化期土壤热通量为正值,因此土壤热通量对融雪没有贡献.     

耦合融雪的分布式流域"降雨-径流"数值模型

针对中国对耦合融雪的"降雨-径流"过程数值计算模型方面的研究较少,本文联合应用能量平衡方程及运动波理论的基础方程式,结合GIS技术构建分布式流域耦合融雪的"降雨-径流"数值计算模型,并应用流域实测资料进行了有效性验证。研究结果表明:在不考虑融雪条件下,实测流量与计算结果之间存在着较大的误差;在考虑融雪条件下,实测流量与计算结果之间的误差在基准允许范围之内(小于3%);在积雪与融雪区,对流域"降雨-径流"过程的数值计算须考虑融雪。该研究为积雪融雪区提供了一种耦合融雪的"降雨-径流"过程数值计算的新方法。     

基于能量平衡的分布式融雪径流模型

采用MODIS影像数据提取的积雪特征及T639L60气象预报场数据在WRF模式中的运行结果作为驱动,构造了一个以能量平衡为基础的融雪径流模型,将该融雪模型应用在天山北坡军塘湖河流域,对2010年径流模拟预报结果和实际观测数据分析显示:模型对雪深、雪水当量及融雪径流的模拟具有较好的拟合度,对提高融雪水资源管理效率及对融雪洪水预警具有一定的参考价值。     

新疆宁家河流域洪水类型及成因浅析

我国西北干旱内陆河流域,水资源时空分布不均,生态环境脆弱,高山冰川及融雪是流域主要的补给来源,因此,与其他河流洪水成因相比,更加具有融雪性洪水特征。通过对新疆宁家河流域洪水形成特点和规律的分析,进一步阐明研究区洪水形成的主要原因,并提出有效的防洪措施。这对于干旱区流域的洪水防治工作具有积极的指导意义。     

HBV模型在中国东北多冰雪地区的应用研究

HBV模型是瑞典SMHI开发研制的水文预报模型，广泛用于水文预报、未控制河流的流量模拟、设计洪水计算和水质研究。HBV／IHMS的积雪和融雪模型，可以模拟冰河和田间积雪区的降水量。中国东北地区有较长冰雪覆盖期，春汛预报和春季抗旱水量分析尤为重要，但是缺少考虑融雪（冰）的洪水预报方案和软件系统。利用鸟苏里江一级支流挠力河的历史水文气象资料作为实例应用HBV／IHMS，模拟效果良好，分析结果表明HBV模型对于中国东北多冰雪地区的洪水或水量预报是可行的。     

干旱区融雪径流模拟的研究进展与展望

融雪径流模拟是干旱区水文水资源研究的热点问题,对干旱区春季融雪洪水风险评估和流域水资源管理至关重要。结合文献查询及资料分析,重点讨论了不同类型融雪径流模型的特征和发展情况,比较了不同融雪径流模型在干旱区一些典型河流的应用情况,并对其功能及优缺点进行了评估。结合对目前流域融雪径流模拟研究中存在的问题的分析,提出未来融雪径流模拟要注重提高数据分辨率的观点。借助多源遥感数据驱动获取更为精确的输入数据,在数据获取难度减小、精度提高的基础上山区融雪径流模拟将更多地以基于能量平衡的物理性模拟为主。模型的构建要充分考虑由气候变暖所带来的其它参数的变化,精确描述山区融雪过程,以提高对融雪径流的模拟精度。     

《中国西北干旱区冰雪水资源和出山径流》专著出版

由康尔泗、程国栋、董增川主编的《中国西北干旱区冰雪水资源和出山径流》专著,已由科学出版社 2002年出版发行.此专著是“九五”国家重点科技攻关计划项目“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究”中的“冰雪水资源和出山口径流量及其变化趋势预测研究”专题的成果.本书的主要内容包括西北干旱区冰川水资源及其变化;积雪水资源变化;积雪估算方法和融雪径流;冰雪径流和出山径流对气候变化的响应;冻土和水源涵养林在径流形成中的作用;树木年轮出山径流变化研究;西北干旱区出山径流形成和模拟;河西内陆河出山径流量变化和趋势;内陆河山区流域降水、蒸发和径流计算;出山径流变化趋势预测模型.     

祁连山七一冰川消融期间的能量平衡特征

冰川表面的能量平衡可以描述冰雪消融与气候响应之间的物理机制,利用2006年6月9日至9月28日在祁连山七一冰川消融区中部自动气象站(AWS)的观测资料,对七一冰川表面的能量平衡进行了估算.结果显示:在冰川消融期,净辐射、湍流热通量和冰川消融耗热是能量平衡的主要组成部分,能量收入方面主要是净辐射和感热通量,分别约占总能量收入的82.4%和17.6%;而支出方面主要是冰雪消融耗热和潜热释放,分别约占总能量支出的87.2%和12.8%.2006年7月31日至8月6日进行了为期近7 d的冰面径流场观测,基于能量平衡原理,对冰川表面的消融进行了模拟,模拟的消融速率和实测的冰面消融数据吻合的较好.     

不同土壤热通量测算方法的比较及其对地表能量平衡闭合影响的研究

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,对其测算方法的研究对理解能量平衡过程具有十分重要的意义.利用2010年馆陶站土壤热通量等相关观测数据对多种测算土壤热通量的方法:实测土壤热通量和热储存量的结合方法(PlateCal)、热传导方程校正法(TDEC)、谐波分析法(HM)、平均土壤热电偶法(TCAV)、耦合热传导—对流法(ITCC)获取的地表土壤热通量进行了对比分析,并且采用最优方法计算馆陶站2008-2010年的地表土壤热通量,分析了该站土壤热通量日、季节变化特征.主要结论如下:①PlateCal和TDEC法分别为获取土壤热通量的最优观测与计算方法,而HM,TCAV和ITCC法计算结果均不理想;②PlateCal与TDEC法对地表土壤温度均不敏感,而HM法对地表土壤温度则比较敏感,各种地表土壤热通量的观测与计算方法均对土壤湿度敏感;③馆陶站冬小麦、玉米覆盖地表及地表裸露时期的地表土壤热通量均呈现典型的日、季节变化特征,与净辐射变化趋势一致;④考虑热储存后,可将馆陶站2010年各月地表能量闭合率提高4％～11％,对2008-2010年的年能量平衡闭合率提高3％～5％.     

大尺度水热通量观测系统的研制

基于闪烁理论、孔径平均效应及莫宁-奥布霍夫相似理论(MOST),成功研制了大尺度水热通量观测系统样机YZ01,该系统主要由发射器、接收器、云台、瞄准器、气象传感器、数据采集器、数据处理软件、远程无线数据传输模块、太阳能供电系统等部分组成.该系统发射器平均功耗3W,接收器功耗1.8 W,比德国的BLS450和荷兰的LAS都更省电;发射器光源功率为100 mW,比荷兰LAS的80 mW更强,在同样条件下,YZ01接收器接收到的闪烁光解调信号比荷兰LAS强14%左右,说明在相同的安装距离下,YZ01比荷兰LAS更适于在能见度低的条件下使用,或者说在同样的环境条件下,YZ01比荷兰LAS可以测量更远的距离.YZ01在北京密云站与荷兰Kipp＆Zonen公司的LAS、美国Campbell公司的涡度相关测定系统进行了短期的应用对比试验,结果为:空气折射指数的结构参数Cn2、感热通量H、潜热通量LE的日变化趋势都非常一致;YZ01与LAS之间Cn2的线性拟合系数为0.98,相关系数为0.7;H的线性拟合系数为0.90,相关系数为0.93;YZ01通过余项法算出的LE与涡度相关直接测得的LE的线性拟合系数为1.07,相关系数为0.78.YZ01在青海阿柔站与德国Scintec公司的BLS450进行对比结果为:空气折射指数的结构参数Cn2、感热通量H、潜热通量LE的日变化变化趋势也都非常一致,YZ01与BLS450之间Cn2的线性拟合系数为1.25,相关系数为0.93;H的线性拟合系数为1.17,相关系数为0.99;YZ01通过余项法算出的LE与涡度相关测定系统测得的LE的线性拟合系数为1.03,相关系数为0.84.表明该研究所研制的大尺度水热通量观测系统不仅可以达到国外同类仪器同样的应用水平,而且比国外同类产品更省电、比荷兰LAS更适应在低能见度条件下使用.     

科奇喀尔冰川夏季表碛区热量平衡参数的估算分析

利用能量平衡原理、热传导理论和通量传输理论建立了一个热量平衡参数的估算模型,对西天山的科奇喀尔冰川夏季消融区中部表碛区的热量平衡参数进行估算与分析.结果表明:净辐射是表碛面热量收支的主要热源,吸收的热量主要以潜热和感热的形式向大气输送水汽和热量,剩余部分用于表碛增温耗热.与消融区上部的冰面和表碛面相比,在消融区中部表碛面热量收入中感热输送减小,同时向上的地热输送增加.热平衡支出项中,感热交换、蒸发耗热和地热通量的比例分别为39.1%、39.9%和21%,其中感热通量与蒸发耗热的比例比消融区上部有所提高,蒸发耗热的增加比较显著.在总的热量支出中,平均只有7.8%的热量可以用于表碛下部的增温和向深层传导.     

Determination of paleoheat-flux using multiple thermal indicator tomography

Multiple thermal indicator tomography is a non-linear inversion procedure which permits simultaneous determination of geological, chemical kinetic, and thermal parameters in the burial and thermal histories of sediments. The procedure is based on inverting measurements with depth in a well of multiple thermal indicators, each of which must have experienced the same thermal history. For two wells from diverse geological settings, tomography is used to assess the paleoheat-flux variations with time most consistent with all the thermal indicator data. Resolution and sensitivity of the results are also addressed. For the case history of well X in the North Sea, with both vitrinite reflectance and sterane isomer thermal indicators, a generally decreasing heat flux from past to present is obtained roughly halving every 50 Ma. The activation energy for the sterane isomer is also determined simultaneously to be 42±20 kJ/mole. For the second case history of the Irma Mclean well in the onshore Gulf of Mexico, data from four thermal indicators are available: vitrinite reflectance, sterane and hopane isomers, and sterane aromaticity. A general decrease in paleoheat-flux from amount 2.8 heat flux units (HFU) at 100 MaBP to 1.25 HFU at the present day is obtained, the activation energy for the sterane isomer is simultaneously determined to be around 50±20 kJ/mole, while the corresponding values are around 80±20 kJ/mole for the hopane isomer, and around 65±20 kJ/mole for sterane aromatization.     

热桩与空气间的对流换热规律研究

通过低温室内试验研究热桩与空气间的对流换热规律结果表明，热桩的热流量和放热系数随气温、风速的变化而变化，但因冷凝器特定外形热阻及热桩内凝结换热的影响，气温大于－１２℃和风速大于２ｍ／ｓ时，热桩与空气间的对流换热效率降低。     

An analysis of MONTBLEX data on heat and momentum flux at Jodhpur

Parameterization of sensible heat and momentum fluxes as inferred from an analysis of tower observations archived during MONTBLEX-90 at Jodhpur is proposed, both in terms of standard exchange coefficientsC _H andC _D respectively and also according to free convection scaling. Both coefficients increase rapidly at low winds (the latter more strongly) and with increasing instability. All the sensible heat flux data at Jodhpur (wind speed at 10 m Ū₁₀ < 8 ms⁻¹) also obey free convection scaling, with the flux proportional to the ‘4/3’ power of an appropriate temperature difference such as that between 1 and 30 m. Furthermore, for Ū₁₀ < 4 ms⁻¹ the momentum flux displays a linear dependence on wind speed.     

基于地表温度与植被指数特征空间反演地表参数的研究进展

遥感反演的地表温度(Ts)和植被指数(VI)构成的特征空间结合模型分析可以对显热通量、潜热通量及土壤含水量等地表参数进行估算.这种方法比较实用,且不过多地依赖地面观测数据.随着研究的深入,许多学者在Ts/VI特征空间基础上提出了更加丰富的空间变量.基于此,以不同空间变量为标准,分类介绍在Ts/VI特征空间的基础上对地表能量通量及土壤水分等参数的反演.其中包括在Ts/NDVI特征空间基础上提出温度植被干旱指数和条件植被温度指数来监测干旱;利用Ts/albedo特征空间反演蒸发比;用DSTV/VI特征空间反演蒸散量;用地气温差/植被指数特征空间反演蒸散量等.并介绍了Ts/VI特征空间与微波遥感结合反演地表含水量等相关研究的进展情况,最后提出未来研究的发展方向.     

A methodology to determine thermal conductivity of soils from flux measurement

Determination of thermal properties of soils (viz., thermal resistivity, thermal conductivity, thermal diffusivity and heat capacity), which primarily influence heat migration through the soil mass, is essential in situations where geomaterials are relentlessly subjected to higher temperatures and temperature variations. These properties of the soil mainly depend upon its type, mineralogy, particle size and gradational characteristics, density and water content. In this context, earlier researchers have determined thermal conductivity of soils by employing a thermal probe (a line heat source), which works on the principle of transient method (TM) of heat conduction. However, this methodology cannot be employed for establishing the heat flow (read thermal regime) through the soil. Hence, development of an alternate technique, which facilitates quantification of temporal and spatial variation of the heat flux and temperature in the soil mass, becomes essential. With this in mind, a methodology to determine thermal conductivity of soils by employing the concept of thermal flux measurement (TFM) has been developed and its details are presented in this paper. Results obtained from the TM and TFM have also been critically evaluated for the sake of validation and generating more confidence in the proposed methodology.     

Temperature mapping,thermal diffusivity and subsoil heat flux at Kariavattom of Kerala

We have studied the soil and air temperature characteristics over a period of one year at Kariavattom of Kerala. Thermal diffusivity(k _s) of the soil has been calculated by range and lag methods and also from amplitudes and phase angles of first and second harmonics. The two methods lead to similar results. Diurnal soil heat flux and soil temperatures at different depths are modelled and found to be comparable with observations.