具有Horton及Dunne机制的径流模型在VIC模型中的应用(英)

地表径流主要由蓄满(Dunne)和超渗产流(Horton)机制产生;土壤性质的空间变异性、前期土壤水、地形及降水的空间变异性导致不同的径流机制。在研究区域或模型网格内,蓄满产流及超渗产流可能同时出现,缺乏考虑任何一种机制以及土壤性质的次网格空间变率可能导致地表径流的过高或过低估计,从而影响土壤水的计算。利用Philip入渗公式用于时间压缩逼近(TCA)给出了一种径流参数化方法,该方法可以动态实现模型网格中的Horton及Dunne产流机理,它考虑了土壤空间变异性对Horton和Dunne径流的影响。该径流模型应用到基于水文原理的陆面过程模型VIC,在淮河流域及美国宾西法尼亚州的一个流域进行了测试,结果表明:新的参数化方法对地表径流和土壤水分含量的分配起着重要作用,对于改进径流和土壤水的模拟有重要意义。     

基于HBV模型的淮河流域洪水致灾临界雨量研究

根据流域暴雨洪水致灾机制,文章提出了考虑前期基础水位的动态致灾临界雨量指标,并以淮河上游地区为例,基于HBV水文模型建立了降水-流量-水位关系,并根据这种关系确立了临界雨量确定的方法流程.首先基于历史水文数据率定和验证模型,得到适用于研究区的最优化模型参数,然后构建洪水上涨期水位流量关系,最后以是否达到致灾水位为标准,通过模型试算并结合水位流量关系曲线反推出致灾临界雨量值.在淮河上游地区的研究中,利用2002-2009年逐日气象水文数据对HBV模型进行了参数率定和检验,并针对洪水过程进行了参数优化,经过率定后HBV模型对王家坝以上流域具备较好的适用性,对典型洪水过程模拟的确定性系数和NASH效率系数均在0.8以上;根据王家坝站实测流量水位数据,构建了概化的单一关系曲线;结合HBV模型和水位流量关系得到了王家坝以上流域的动态致灾临界雨量指标,临界雨量值随前期基础水位升高而减小,并且随着前期水位的变化,临界雨量值呈现了明显的非线性响应特征.     

陆面水文过程研究进展

在简单介绍陆面过程模式和水文模型发展的基础上,阐述了陆面水文过程包括的各种物理过程,介绍了陆面水文模式研究的发展现状,并对国内外进展作了总结。重点介绍了目前国内外用于同气候模式耦合的陆面水文模型,指出了陆面水文过程研究以及与大气模式耦合过程中存在的问题,讨论了陆面水文过程研究的发展方向：应在加强蓄满和超渗两种产流机制兼容的混合产流模型及融雪径流模型的研究的基础上,改进传统水文模型,发展基于传统水文模型的大尺度陆面过程水文模型。     

基于HBV水文模型的西拉木伦河流域洪水临界面雨量的应用分析

文章以内蒙古西拉木伦河巴林桥水文站以上流域为分析区,基于分布式水文模型HBV,利用1995—2005年逐日降水、气温、水位、流量等数据,对HBV模型进行参数率定和日径流过程的模拟,建立降水—流量—水位之间的关系,以河流设计的警戒、保证和漫堤水位为临界判别标准,确定不同洪水等级的致灾临界面雨量。通过历史灾情检验验证,说明HBV模型可以较好地反映该流域的洪水过程,具有较强的本地适用性,可为内蒙古中小河流洪水监测预警提供技术支撑。     

具有Horton及Dunne机制的径流模型在VIC模型中的应用

地表径流主要由蓄满(Dunne)和超海产流(Horton)机制产生；土壤性质的空间变异性、前期土壤水、地形及防水的空间变异性导致不同的径流机制。在研究区域或模型网格内，蓄满产流及超渗产流可能同时出现，缺乏考虑任何一种机制以及土壤性质的次网格空间变串可能导致地表径流的过高或过低估计，从而影响土壤水的计算。利用Philip入渗公式用于时间压缩逼近(TCA)给出了一种径流参数化方法，该方法可以动态实现模型网格中的Horton及Dunne产流机理，它考虑了土壤空间变异性对Horton和Dunne径流的影响。该径流模型应用到基于水原理的陆面过程模型VIC，在淮河流域及美国宾西法尼亚州的一个流域进行了测试，结果表明：新的参数化方法对地表径流和土壤水分含量的分配起着重要作用，对于改进径流和土壤水的模拟有重要意义。     

基于HBV模型的开都河致灾洪水临界雨量分析

本文应用HBV水文模型对开都河流域焉耆站以上段进行了模拟,通过对模型的率定和校正,表明模型模拟的径流过程基本与实测值吻合,能够反映出年、月、日径流量的变化趋势,但是对峰值的模拟存在一定误差。通过HBV模型的应用,计算了不同流量和水位所对应的临界致灾面雨量,同时与历史上发生洪水的24小时和120小时的实际降水量进行对比分析,发现通过HBV水文模型推算的临界面雨量大于实际24小时降水量,可能与模型对洪峰的模拟效果有关。     

利用HBV水文预报模型推算贺江流域洪水致灾临界雨量

利用逐日气象水文资料,针对贺江流域进行HBV水文模型率定与验证,获得降水-流量关系,结合广西贺州市信都水文站的水位-流量关系,推算得到3个洪水风险预警级别对应的临界雨量,并通过2次历史洪水过程,检验该临界雨量在暴雨洪涝灾害风险预警中的应用效果。结果表明:(1)由HBV水文模型确定的贺江流域3个不同洪水风险等级下24h、48h的致灾临界雨量,预警效果较好;(2)HBV模型能很好地反映降水对贺江水文过程的影响,可为贺江流域暴雨洪涝灾害防御工作提供决策参考。     

通城县一次暴雨洪涝淹没个例的模拟与检验

依据蓄满产流平衡原理,分析通城县2011年6月10日的致灾面雨量.以致灾面雨量、DEM数据为基础数据,利用GIS暴雨洪涝淹没模型,对通城县6月10日强降水造成的洪涝淹没水深、范围进行模拟,并利用实际灾情对模拟结果进行检验分析.结果表明,通城县全县均有不同程度的淹没,淹没区主要分布在沿河道两旁及地势低洼地区;淹没水深集中在0.5～2 m,占总淹没面积的35％,淹没模拟结果与实际灾情较为吻合.     

淮河流域2016年汛期洪水预报试验

预报大流域降雨径流与洪水是非常复杂的预报难题。本研究建立气象水文耦合预报模型对复杂大流域的洪水预报进行预报试验。模型采用中央气象台格点化降水预报产品作为预见期内降水,驱动水文水动力学耦合模型进行洪水预报。选择新安江水文模型用于流域降雨径流模拟,基于扩散波与柱蓄和楔蓄理论建立Muskingum-Cunge水位流量演算模型进行具有行蓄洪区的复杂河系洪水预报。以淮河鲁台子站以上流域2016年汛期洪水为例,将构建的气象水文耦合预报模型进行洪水预报试验。结果表明,模型取得了较好的预报精度,应用格点化降水预报产品考虑预见期内降水预报的洪水预报对于不考虑预见期降水预报,洪水预报预见期得到一定的有效延长,对同类流域预报有一定的借鉴意义。     

基于HBV模型的太子河流域致洪临界雨量的确定

以太子河流域为研究区域,基于流域内的气象水文数据、数字高程模型及土地利用等资料,采用HBV水文模型对流域的水文过程进行模拟,通过对模型参数的率定与验证,评估了HBV模型在该流域径流模拟的适用性,确定了适合太子河流域的最优化参数,结合水位-流量关系曲线,推算太子河流域不同等级洪水致洪临界雨量。结果表明: HBV模型对太子河流域的径流模拟效果较好,率定期与验证期Nash效率系数与确定性系数均超过0.60,模型中积雪和融雪模块(CFR)、土壤含水量计算模块(BETA)与响应模块(KUZ2、UZ1、PERC)中的这些参数最为敏感,模型基本模拟出了洪水对降水的响应过程。通过建立的HBV水文模型,结合小林子水文站的水位-流量关系曲线,以警戒水位、保证水位作为不同等级洪水的判别条件,推算得到了不同起始水位下太子河流域动态临界雨量指标,临界雨量随起始水位的升高而有所减小。     

基于超热因子的中国热浪事件气候特征分析

采用世界气象组织气候委员会推荐基于超热因子(excess heat factor,EHF)的热浪指标并加以拓展,对中国1958—2013年的热浪事件气候变化进行分析。结果表明:华中、华东和西北地区的平均热浪次数要略多于中国其他地区;华东和华中地区的热浪最长持续天数和热浪总天数最多;热浪EHF最大值、年均EHF值和EHF中位数值有北高南低的分布特征;华东、华中地区的轻度、中度热浪天数较多,重度热浪天数较少,中国北部和西部则相反;中国热浪EHF年总量有增加的趋势、准3年的年际变化周期和明显的年代际突变;中国大部分地区的高温热浪有增加趋势,但在华中、华北、东北的部分地区变化不显著。以云南德钦站为例说明中国西部高原地区不仅存在高温热浪事件,而且在进入21世纪后日益严重。     

GRAPES全球模式的模式误差估计

现代数值天气模式考虑的物理过程和边界条件越来越复杂, 但是它描述的大气状态和真实的大气流体运动轨迹还有一定的差距, 存在模式误差。在以往的研究中, 模式误差往往被忽略, 在集合卡尔曼滤波同化系统中, 如果忽略模式误差会导致滤波发散现象。本文用不同分辨率的模式预报差异估计了GRAPES全球模式的模式误差, 研究发现模式误差随着分辨率降低而线性增加, 而且模式误差随着预报时效的增加呈现线性增长的趋势。     

GRAPES模式对长江流域天气预报的检验分析

GRAPES是中国新一代数值天气预报模式。使用GRAPES中尺度模式产品和常规观测资料,分析检验了2005、2006年汛期发生在长江流域的11次主要降水天气过程,得到:GRAPES模式对于长江流域的预报,无论是降水、天气形势还是物理量都有比较强的预报能力;GRAPES模式对级别较大的降水预报容易出现漏报,而不易出现空报,对于10mm以下的雨区预报比较准确,而对于大于50mm的雨区预报,尤其是大于100mm的降水中心存在较大的偏差;对于西太平洋副热带高压的预报比实际情况偏南、偏东;对于水汽通量散度的预报与实际情况比较吻合。     

Coupling of a Regional Climate Model with a Crop Development Model and Evaluation of the Coupled Model across China

In this study, the CERES(Crop Estimation through Resource and Environment Synthesis) crop model was coupled with CLM3.5, the land module of the regional climate model RegCM4. The new coupled model was named RegCM4_CERES; and in this model, crop type was further divided into winter wheat, spring wheat, spring maize, summer maize, early rice, late rice,single rice, and other crop types based on each distribution fraction. The development of each crop sub-type was simulated by the corresponding crop model separately, with each planting and harvesting date. A simulation test using RegCM4_CERES was conducted across China from 1999 to 2008; a control test was also performed using the original RegCM4. Data on crop LAI(leaf area index), soil moisture at 10 cm depth, precipitation, and 2 m air temperature were collected to evaluate the performance of RegCM4_CERES. The evaluation provided comparison of single-station time series, regional distributions,seasonal variations, and statistical indices for RegCM4_CERES. The results revealed that the coupled model had an excellent ability to simulate the phonological changes and spatial variations in crops. The consideration of dynamic crop development in RegCM4_CERES corrected the wet bias of the original RegCM4 over North China and the cold bias over South China.However, the degree of improvement was minimal and the statistical indices for RegCM4_CERES were roughly the same as the original RegCM4.     

34层线性球面原始方程谱模式与模式大气对地形强迫的响应

本文建立了一个34层包括牛顿冷却、Rayleigh摩擦和非绝热加热线性原始方程谱模式。用此模式对地形强迫为下边界条件进行时间积分。结果表明,此模式计算稳定,有较好的精度及计算时间节省的特点模式的积分结果还表明,此模式对球面大气准定常行星波的形成和传播有较好的描写能力。     

一个引入近地层的区域气候模式

把近地层引入到NCAR的区域气候模式RegCM2中(简称为RCMC1)，用该模式及1991年梅雨期间的观测资料作了3组模拟试验，并同实况进行了比较。结果表明，在区域气候模式中引入近地层后，能够更合理的模拟出地表及植被同大气之间的感热和潜热通量输送，从而改善模式模拟的月降水及月平均地面温度的分布。l0层的RCMC1比18层RCM具有更优的模拟气候的能力，且一个模式天的计算量节省227s。     

银川城市道路路面温度变化特征及统计模型

采用人工定点观测路面温度资料,分析了不同天空状况和不同材质道路的路面温度日变化特征。结果表明：路面温度具有明显的日变化特征,晴空或少云时,日出和日落时段路面温度略高于气温,中午前后路面温度变幅最大,且明显高于气温;阴雨天时,路面温度略高于气温,变化相对平缓且与气温保持较好的相关性。由于水泥和沥青不同的物理特征,沥青路面对气温的反应灵敏,水泥路面反应平缓,即水泥路面最高温度多低于沥青路面,最低温度多高于沥青路面。在此基础上应用逐步回归方法建立逐时路面温度预报模型和最高道面温度预报模型,并应用模型模拟的结果与实测路面温度作对比分析,结果表明逐时道面温度预报模型的模拟效果较好,最高道面温度预报模型误差较大,需要进一步修正和改进。     

基于雾条件下能见度估算的导线覆冰气象模型

在总结分析导线覆冰模型理论框架及其影响导线覆冰增长强度的主要气象因子的基础上,根据四川省二郎山观冰站2006年1月—2009年3月的覆冰观测资料和同期常规气象资料,分析发现覆冰密度仅与气温相关显著,运用非线性回归分析建立了导线覆冰密度模型;利用能见度与液态水含量的转换关系估算了空气中的液态水含量及其输送指标,在此基础上建立了一个以气温、风速等常规气象观测要素为参数的导线覆冰模型,以便于工程应用。对模型拟合结果进行分析,实测冰厚和拟合冰厚之间的相关系数为0.8340,拟合冰厚的均方根误差为28.61 mm。     

利用海气耦合模式模拟印度尼西亚贯穿流

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的全球耦合气候系统模式(FGCM-1.0)100年数值模拟结果, 分析了模式模拟的印度尼西亚贯穿流(ITF)的平均态、季节变化和年际变化, 并且利用这些资料对ITF季节变化和年际变化的成因做了初步分析.模式模拟的ITF平均态、季节变化和年际变化同已有的观测结果相比是合理的, 经作者分析认为ITF的季节变化主要是因为印度尼西亚海域地处亚澳季风区, 海流对于季风的响应使得ITF发生季节变化; ITF的年际变化主要是因为热带环流的年际变化及其所导致的洋流调整造成的, 太平洋和印度洋都有影响.     

自回归模型的最优定阶及其在长期预报中的应用

对自回归模型的5种定阶方法（FPE、AIC、BIC、L1和L2准则）作了概述，并应用上述方法对青岛月平均温度序列进行了自回归模型定阶试验。结果指出，FPE、AIC和L1准则选择自回归模型的阶数较高，L2准则选择自回归的阶数为中等，BIC准则确定的阶数最低。文章还提出了一个应用自回归模型递推预报月平均温度的方法，预报实践证明，由BIC准则产生的低阶自回归模型的效果优于其它方法。