基于遥感(RS)和地理信息系统(GIS)的鄱阳湖区洪涝灾害研究

对近50a(1950～1999年)鄱阳湖年最高水位的演变趋势进行了分析,结果表明,鄱阳湖年最高水位呈明显的上升趋势,最高水位超过警戒水位1m、2m的频数明显增多。文章采用遥感(RS)对湖体水面进行监测分析,并利用多时相LANDSATTM资料,解译出不同时相鄱阳湖水域面积分布;利用地理信息系统ARCVIEW空间分析,将鄱阳湖水域面积分布转换成相应时相水位高程矢量分布,结合湖区1:5万地理高程数据,建立鄱阳湖区高分辨率水位数字高程模型(WDEM);根据WDEM和汛期鄱阳湖水位,研究出鄱阳湖区洪涝灾害分布。     

鄱阳湖水域面积与湖口水位关系模型的改进

利用2005年4月至2010年5月湖口水位资料和新一代极轨卫星（Terra）遥感的鄱阳湖水域面积资料,研究发现它们已经不满足原有鄱阳湖水域面积与湖口水位的关系模型（基于NOAA遥感资料）。运用最小二乘法和多项式拟合方法,综合考虑模拟与Terra卫星遥感的鄱阳湖水域面积的均方差和湖口极端水位下的拟合情况,发现在1—10次幂的多项式拟合中5次幂的多项式拟合效果最好,并根据5次幂的多项式拟合建立了鄱阳湖水域面积与湖口水位关系的新的关系模型。新的关系模型模拟性能较好,Terra卫星观测的与模拟的鄱阳湖水域面积的相关系数达到了0.982,且有95%的观测与模拟的偏差都小于200 km2。最后,利用2011年1—10月的Terra卫星观测资料和湖口水位资料,对新的关系模型的模拟性能进行了验证。     

基于EFDC模型对鄱阳湖湖面面积的推算方法

鄱阳湖是中国最大的淡水湖泊,水位与面积是湖区生态系统中的重要参数.主要研究鄱阳湖水位与面积的数学关系,以便用水位来快速推求湖面面积.利用美国EFDC水动力学模型对典型年份面积进行模拟,得出逐日模拟面积,而后根据康山、棠荫、都昌和星子4站实际水位与模拟面积建立数学关系,最后使用遥感数据对模拟面积进行验证.结果表明,典型年份鄱阳湖水位与面积具有高动态性,平均相对误差为4.14%,模拟面积与实际面积误差较小.     

鄱阳湖水域面积与湖口水位关系模型的改进

利用2005年4月至2010年5月湖口水位资料和新一代极轨卫星( Terra)遥感的鄱阳湖水域面积资料,研究发现它们已经不满足原有鄱阳湖水域面积与湖口水位的关系模型(基于NOAA遥感资料).运用最小二乘法和多项式拟合方法,综合考虑模拟与Terra卫星遥感的鄱阳湖水域面积的均方差和湖口极端水位下的拟合情况,发现在1-10...     

基于FloodArea模型的一次特大暴雨洪涝淹没模拟

利用蒲河流域内所有国家气象站以及区域自动气象站共28站逐小时降水实况、过程降水量、数字高程模型、土地利用、土壤类型等资料,采用FloodArea水动力模型,对2020年6月19日21时-22日20时出现的历史罕见暴雨洪涝过程进行洪水淹没模拟及效果检验。模拟结果表明：1)全过程模拟水位与实测水位整体拟合度较高,确定性系数DC达93.22%;2)蒲河上游来水较小,持续性强降水是造成此次洪涝水位偏高的主要原因,模拟显示蒲河流域中上游水位上涨明显,其中石角水文站模拟的最大上涨水位达7.61米,与实测上涨水位7.14米较为一致;3)FloodArea水动力模型能够较准确地反演出蒲河流域暴雨致洪个例的淹没进程,能够直观地反映出淹没范围、淹没深度的空间差异,且淹没深度与逐小时实测水位的确定性系数较高,淹没深度的突增对洪峰的预报预警具有一定的指示意义。     

基于嵌入河道栅格的山洪灾害淹没模拟

文章以江西省曹水作为山洪灾害淹没模拟的研究区域,通过嵌入河道栅格修订数字地形,采用FloodArea水文淹没模型对数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)对修订前后的同一降水过程进行模拟,结合实地考察流域内淹没痕迹和水文站水位资料对比分析两者的模拟结果,并利用确定性系数和Nash—Sutcliffe效率系数对2000—2010年间出现的强降水过程的模拟结果进行验证。结论表明:基于嵌入河道栅格的山洪灾害淹没模拟能较好地反映曹水流域内的因降水导致的山洪推进路线、淹没范围及淹没水深,该方法可作为推算曹水流域的山洪灾害致灾临界面雨量的基础。     

近20年鄱阳湖水体面积变化遥感监测与分析

利用卫星遥感影像数据,应用归一化水体指数法和谱间关系法,定量化分析2002—2019年鄱阳湖水体面积变化规律并探究其变化原因.研究表明,1)2002—2019年鄱阳湖水体面积整体呈现缩小趋势,水体面积年内季节变化明显,丰水期与枯水期水域面积相差1倍以上,且该差值近年来有增大趋势.2)通过分析鄱阳湖星子站水位发现,鄱阳湖进入枯水期日期较历史明显提前.3)分析极端干旱和夏季洪涝事件发现,鄱阳湖水域面积与江西省降水量有较明显的正相关性.     

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

基于FloodArea模型的大通河流域暴雨洪涝灾害风险评估

利用流域内所有国家气象站及区域自动站共39站逐小时降水实况、过程降水量和降水落区预报、数字高程模型(DEM)、土地利用、土壤类型以及实地灾情调查等资料,采用Flood Area模型的暴雨淹没情景,对2013年7月5日20时—6日20时大通河流域出现的历史罕见强降水时段进行洪水淹没模拟及效果检验。模拟结果表明:大通河流域中上游水位上涨明显,大部地区涨水超过1 m,部分支流水位上涨超过3 m,竹阳乡、酉华乡和乔木乡的局部地区涨水超过6 m。灾情调查检验表明,对于洪水淹没范围和淹没水深,Flood Area模拟值与实况值均较为吻合,表明Flood Area模型在大通河流域具有较好的洪水淹没模拟效果,可用于暴雨洪涝灾害风险评估与预警业务。     

山洪灾害风险雨量评估方法研究

“Floodarea”为德国Geomer公司开发的水动力淹没模型,该模型以GIS栅格数据为基础并根据曼宁公式建立二维水动力动态演进。上清溪流域为福建山区无水文资料的典型小流域,选其作为研究对象,根据流域境内及周边气象站的降水记录采用泰森多边形法计算暴雨过程中流域的逐时面雨量,根据地表覆盖类型数据计算流域的地表产流系数及地表水力糙度。根据降水资料及1：10000数字高程模型,利用“Floodarea”对该流域内2010年6月18日的洪水过程进行再现淹没模拟;通过对比洪水过程中受灾点的实际淹没水位和模拟水位的差异,修改地表产流系数和地表水力糙度2个参数,从而对模拟过程中水流速度及淹没水深进行调整。结果表明,模拟洪水过程中受灾隐患点处最高淹没水深及时间与实际过程基本一致,达到了较好的模拟效果。通过分析流域洪水过程模拟结果中受灾点的逐时淹没水深与流域逐时面雨量的相关关系,可进一步推算流域受灾隐患点处不同等级淹没水深的临界雨量。     

基于卫星遥感的洞庭湖水体面积变化及与水文的相关性

该文利用2006-2020年洞庭湖水体遥感面积及水文资料,对洞庭湖水体面积变化特征及其与水文的相关性进行了探讨。结果表明洞庭湖水体面积离散程度较高且变幅大。岳阳市、益阳市、常德市水体面积分别占洞庭湖水体面积的68.62%、25.77%、5.61%。其中位于岳阳市的岳阳县、湘阴县、位于益阳市的沅江市水体面积分别占洞庭湖水体面积的34.89%、17.35%、23.52%。占比越大的县市水体面积与洞庭湖水体面积相关性越大。洞庭湖水体面积与城陵矶水位的相关性高于常德、益阳水位。2010-2020年洞庭湖水体年最大面积显著增大。洞庭湖水体面积与城陵矶水位4阶多项式曲线拟合相关性最优。此外,不同的卫星/仪器、算法、分辨率以及天气条件对洞庭湖水体面积会产生一定的影响,洞庭湖区强降水对洞庭湖水体面积影响较大。     

Establishment of Winter Wheat Regional Simulation Model Based on Remote Sensing Data and Its Application

Accurate crop growth monitoring and yield forecasting are significant to the food security and the sus- tainable development of agriculture.Crop yield estimation by remote sensing and crop growth simulation models have highly potential application in crop growth monitoring and yield forecasting.However,both of them have limitations in mechanism and regional application,respectively.Therefore,approach and methodology study on the combination of remote sensing data and crop growth simulation models are con- cerned by many researchers.In this paper,adjusted and regionalized WOFOST (World Food Study) in North China and Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves-a model of leaf optical PROperties SPECTra (SAIL-PROSFPECT) were coupled through LAI to simulate Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI) of crop canopy,by which crop model was re-initialized by minimizing differences between simulated and synthesized SAVI from remote sensing data using an optimization software (FSEOPT).Thus,a regional remote-sensing- crop-simulation-framework-model (WSPFRS) was established under potential production level (optimal soil water condition).The results were as follows:after re-initializing regional emergence date by using remote sensing data,anthesis,and maturity dates simulated by WSPFRS model were more close to measured values than simulated results of WOFOST;by re-initializing regional biomass weight at turn-green stage,the spa- tial distribution of simulated storage organ weight was more consistent with measured yields and the area with high values was nearly consistent with actual high yield area.This research is a basis for developing regional crop model in water stress production level based on remote sensing data.     

基于遥感信息的华北冬小麦区域生长模型及模拟研究

卫星遥感估产和作物生长模拟在作物监测和产量预测方面有各自不可替代的优势。但是,遥感估产难以揭示作物生长发育和产量形成的内在机理,作物模拟在区域应用时初始值的获取和参数的区域化遇到很多困难。如何利用二者的互补性使其相互结合受到人们关注。该文在Wofost模型本地化和区域化的基础上,首次利用同化法的思路探讨了MODIS遥感信息与华北冬小麦生长模拟模型结合的可行性和方法,初步建立了潜在生产水平(水分适宜条件)下区域遥感-作物模拟框架模型(WSPFRS模型)。模拟结果显示:WSPFRS模型对区域尺度的出苗期重新初始化后,模拟的开花期、成熟期空间分布的准确性比Wofost模拟结果有所改进;利用遥感信息对区域尺度上返青期生物量重新初始化后,模拟贮存器官干重的空间分布更接近实际单产的分布,贮存器官干重的高值区与实际高产区基本相符。该研究将为下一步实际水分供应条件下基于遥感信息的冬小麦区域生长模拟研究奠定了基础。     

Evaluation of the WRF-Lake Model over Two Major Freshwater Lakes in China

This paper evaluates the performance of the Weather Research and Forecasting(WRF) model coupled with a lake scheme over the Lake Poyang and Lake Dongting regions. We choose several cases with different weather characteristics, including winter with/without precipitation and summer with/without precipitation, and conduct a series of experiments(without the lake model, with the default lake model, and with a calibrated lake model that adjusts the water absorption, extinction coefficients, and surface roughness length) for each case. The results show that the performance of the lake model is significantly affected by the weather conditions. For the winter with precipitation cases, the performance of the default lake model is even worse than without the lake model, but the calibrated lake model can obviously reduce the biases of 2-m temperature and dew-point temperature. Although the performance of the default and new calibrated models is intricate for other cases, the new calibrated model has prominent advantages for 2-m dew-point temperature. Moreover, a long-term simulation of five months also shows that the new calibrated coupled lake model performs better than the default one. These imply that the new calibrated coupled lake model is more suitable to be used in studies of the effects of Lake Poyang and Lake Dongting on regional weather and climate.     

遥感在1998年洪水监测中的作用

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