WRF模式制备的气象驱动数据在新疆喀依尔特斯河流域的验证

随着寒区水文模拟研究的深入,空间分布式模型的快速发展,迫切需求高分辨率的气象驱动数据.研究基于WRF模式动力降尺度和Micromet统计降尺度方法,制备了阿尔泰山额尔齐斯河源区喀依尔特斯河流域春季1 km分辨率气象驱动数据,并利用地面观测资料从小时尺度上对其进行了验证,为该流域春季分布式融雪径流模型做充分准备.结果表明:小时尺度上2 m气温、2 m相对湿度、10 m风速、地表接收的短波辐射和长波辐射的平均绝对误差MBE分别为0.43℃、-2.9%、3.7 m·s~(-1)、28.2 W·m~(-2)和-36.2 W·m~(-2),其平均均方根误差RMSE分别为3.81℃、18.2%、4.8 m·s~(-1)、163.5W·m~(-2)和52 W·m~(-2),与实测对比拟合的R~2分别为0.84、0.32、0.03、0.7和0.3.在小时尺度上,2 m温度和地表接收短波辐射的模拟结果比较理想,可以用于高时间分辨率水文模拟.     

五种降水产品在疏勒河上游山区和中下游月尺度降水的适用性对比研究

降水产品为理解降水时空分布提供了新的视角,然而其在不同地区适用性差异很大,目前对不同降水产品在西北内陆河流域上游山区和中下游平原适用性的对比研究还十分有限。利用疏勒河流域及周边9个国家气象站2001-2013年和4个山区自建气象站2008-2013年降水观测数据,基于皮尔逊相关系数（R）、均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和相对偏差（BIAS）指标,对CMFD、ERA-Interim、GPCC、GPCP V2.3和JRA-55共五种常用降水产品的月尺度降水数据在疏勒河上游山区和中下游平原区的适用性进行了评估对比,结果表明：五种降水产品都可以较好地模拟疏勒河流域多年平均降水的空间分布,总体来说,降水产品在上游的评估的相对误差优于中下游,但绝对误差比中下游大,这与上游降水远大于中下游有关。各产品在上游和中下游的精度排序结果一致,均为CMFD > GPCC > ERA-Interim > GPCP V2.3 > JRA-55。CMFD效果最佳可能与融合了中国更多的地面降水资料有关,其在自建站的效果也表现最佳。不同产品在疏勒河上游山区和中下游月尺度的降水评估中表现较好,但尚不能满足流域水文过程分析和模拟的需要。     

海河流域ET0演变规律及灵敏度分析

根据国家气象站1956-2000年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式和灵敏指数法,分析了海河流域潜在蒸发蒸腾(ET₀)的演变规律及与气象要素的灵敏关系。结果表明:全流域45年ET₀呈下降趋势,但年际间呈现4个阶段;逐旬呈倒"V"字型,61.6%集中于4月中旬到8月上旬。在空间上,年和旬值呈现上游小下游大。通过ET₀与气象要素演变的比较及灵敏性分析发现,全流域年ET₀演变与年均风速、日照时数以及短波辐射相似,与温度相反。旬ET₀演变与旬平均温度、实际水汽压、日照时数以及短波辐射相似,但对各要素的灵敏系数以短波辐射最大,其它要素则随时空变化,且彼此的灵敏系数相差较大。分析表明在气象要素的综合作用下,造成全流域ET₀降低的主要原因可能在于短波辐射、日照时数的变化。     

高分辨率遥感降水资料在青海湖流域及周边区域的适用性评价

基于气象站观测数据,利用探测率(POD)、报错率(FAR)、临界成功系数(CSI)和相关系数(R)、平均绝对误差(MAE)对TRMM 3B42V7、CMORPH、PERSIANN、PERSIANN-CDR遥感降水资料在青海湖流域及周边区域探测降水事件的准确度和记录降水量的精度进行了评价。结果表明,CMORPH数据探测的降水事件最为准确,PERSIANN-CDR和TRMM 3B42次之,PERSIANN探测降水事件的准确度最差。从遥感数据记录降水量精度来看,年尺度上表现为TRMMCMORPHPERSIANN-CDRPERSIANN,月尺度上表现为TRMMPERSIANN-CDRCMORPHPERSIANN,日尺度上表现为TRMM CMORPHPERSIANN-CDRPERSIANN。海拔是影响遥感降水资料精度的重要因素,PERSIANN和PERSIANN-CDR两种数据误差受海拔影响更为明显。通过综合评估4种遥感资料的适用性,认为TRMM是较适合于青海湖流域及周边区域的降水资料。     

区域尺度近地表气候要素驱动数据研制的研究综述

区域和流域尺度的陆面、水文和生态模拟与同化,都需要高分辨率的大气近地表层风、温、压、湿、辐射、降水等资料作为驱动。介绍了流域尺度驱动数据的重要性,对现阶段大气驱动数据的制备方法进行评论,总结了降水、辐射、气温和其他近地表要素的若干产品,探讨了北美陆面数据同化系统、全球陆面数据同化系统、欧洲陆面数据同化系统和中国西部陆面数据同化系统中大气驱动数据的研究思路和研究成果,最后提出了现阶段制备流域尺度驱动数据存在的问题,并针对中国西部复杂地形的高时空分辨率驱动数据制备提出一些看法。     

三种降水产品在雅砻江流域的时空适用性研究

基于雅砻江流域及邻近地区28个地面气象站点资料,在不同时空尺度采用降水探测评价指标评价了多源降水再分析产品——中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集(CMFD)中的降水资料,全球降水计划多卫星集成降水产品(GPM-IMERG)和多源加权融合降水产品(MSWEP)三种降水产品在研究区的适用情况。结果表明:虽然CMFD在湿季和年尺度研究区有极轻微的低估现象,但在各时间尺度表现均优于IMERG和MSWEP;在日、月、年和湿季尺度,三者精度同纬度和高程成正比,在干季,纬度高海拔地区精度较中低纬度和中低海拔地区低;CMFD和IMERG精度随月、年、湿季、干季和日尺度的顺序降低;而MSWEP精度随月、年、干季、湿季和日尺度的顺序降低;IMERG在湿季、MSWEP在干季表现较好,在月尺度二者表现相近;CMFD探测不同量级雨量能力最高,MSWEP和IMERG分别次之;随着降水数量的增加,各数据集探测能力均变弱。研究结果为研究区水文气象工作提供借鉴。     

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

降水、 气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素, 运用距离权重反比法(IDW)、 梯度距离权重反比法(GIDW)、 样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995-2009年逐日气温和降水进行了空间插值, 并以气象要素空间插值数据驱动模型, 进行布哈河流域径流模拟. 选用布哈河口月平均流量, 以Nash-Suttclife系数(E_ns)、 相关系数(R)和相对误差(R_E)为评价指标, 进行校准期(2000-2004年)和验证期(2005-2009年)的径流模拟效果比较. 结果表明: 径流模拟精度较高, GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化, 并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.     

分布式水文模型SWAT模型在新疆叶尔羌河流域的适用性研究

为定量分析SWAT模型在新疆叶尔羌流域径流模拟的适用性,以叶尔羌河卡群水文站以上集水区域为研究流域,基于卡群水文站2000-2012年水文数据,运用SWAT模型模拟了研究流域的径流量,并设定2种气候变化情景模式,定量分析不同气候变化情景模式对叶尔羌流域径流量的影响。研究结果表明:SWAT模型在叶尔羌河流域具有较好的适用性,模拟的径流深相对误差小于8%,确定性系数均达到0.75以上;在降水不变化的前提下,气温升高2℃,流域径流量增加6.28%;在气温不变前提下,降水量增加5%,流域径流量增加9.50%。研究成果对于新疆叶尔羌河流域水文模拟及预测提供参考价值。     

无定河湿地保护区气候变化特征研究

为揭示近40 a来无定河湿地保护区气候变化规律,本文采用气候倾向率、Mann-Kendall检验和滑动t检验法,研究了1981-2019年无定河湿地保护区气温、降水量、相对湿度和风速的变化趋势。结果表明:近40 a无定河湿地保护区气候呈现“暖湿化”趋势,总体呈现气温上升、降水增加和湿度增大的趋势。气温发生突变上升于1996和2012年,年际变化较大,容易出现温度异常;降水量发生突变于2010年;相对湿度发生突变减小于1994年,突变增大的年份较多。气温、降水量与风速在年内呈单峰型分布;雨热同期现象明显,夏季7、8月降水多以暴雨的形式出现;日照时数与相对湿度的年内变化趋势相反。该研究成果为无定河湿地保护区水资源管理和生态环境治理提供科学依据。     

基于年尺度的新疆车尔臣河流域各气象要素对水面蒸发影响分析

根据新疆且末县气象站多年平均水面蒸发量及相关常规气象观测资料,利用灰色关联度法分析各气象要素对水面蒸发的影响程度。结果表明各气象要素对年均水面蒸发量的影响程度从大到小的排列顺序为日照时数>风速>气压>气温>总云量>相对湿度>水汽压。从气象因素角度出发,为区域水资源优化调度提供参考。     

2001—2019年横断山区积雪时空变化及其影响因素分析

基于MOD10A2积雪产品提取横断山区积雪日数及积雪覆盖率等信息,结合横断山区129个地面气象站点的气象数据,采用趋势分析、相关分析及随机森林回归模型等方法分析了横断山区积雪时空分布特征及其影响因素。结果表明：年平均积雪覆盖率的年际变化呈不显著的下降趋势;年内变化呈“单峰”型曲线,其中3月积雪覆盖率最大,为55.04%。海拔3 000 m以上的积雪覆盖率较为稳定,海拔1 000~3 000 m之间的积雪覆盖率波动较大。受暖湿气流和地形影响,阴坡积雪覆盖率大于阳坡。横断山区积雪日数的分布具有纬度地带性,北部山区积雪分布广泛且积雪日数高,南部云贵高原积雪日数低。年均积雪日数介于55.16~79.47 d,积雪日数在28.46%的地区呈减少趋势,在21.66%的地区呈增加趋势,其中呈显著减少和显著增加的地区分别为2.65%和0.68%。中部康定市、九龙县及其周边地区减少趋势明显,北部杂多县—若尔盖县一线的高海拔山地增加趋势明显。积雪日数整体上与降水量、相对湿度呈正相关,与风速、气温和日照时数呈负相关。与降水量呈显著正相关的地区主要分布在西北部杂多县、称多县;与风速呈显著负相关的地区主要分布在西北部称多县、中部康定市;与气温呈显著负相关的地区主要分布在中部九龙县、西北部称多县;与相对湿度呈显著正相关的地区主要分布在北部杂多县—石渠县一线;与日照时数呈显著负相关的地区主要分布在东北部玛曲县、西北部称多县。积雪日数受气温和高程的影响最大,而日照时数和风速为次要因素。     

黄河流域蒸散量分布式模拟

针对传统区域蒸散计算模型中净辐射及其各组成要素的计算直接采用国外经验公式或点上观测资料空间内插的不足,利用基于中国气象站观测资料建立的净辐射及其各组成要素的计算公式和遥感反演的地表反照率,以黄河流域作为研究区域,在考虑地形起伏和下垫面多样性等地表非均匀性因素的基础上,实现了黄河流域净辐射及其各组成要素的分布式模拟;在印证流域尺度存在蒸散互补相关关系的基础上,将净辐射、气温、水汽压等系列要素分布式拟合结果与基于区域蒸散互补理论的AA（Advection-Aridity model）模型耦合,实现了黄河流域蒸散量的分布式模拟。与基于水量平衡的黄河流域多年平均蒸散量空间分布图对照表明,二者趋势分布吻合很好,分区验证的最小相对偏差为1.14%,最大为26.80%,全流域平均相对偏差为1.50%,且分布式蒸散拟合结果更加细致地体现了蒸散量的空间变化情况。集成的区域蒸散分布式模型,以蒸散互补理论为基础,考虑了区域蒸散对近地层大气的反馈作用,仅以数字高程模型和常规气象站观测数据为输入项,应用方便。     

祁连山老虎沟12号冰川消融区不同天气条件下的能量收支特征

冰川表面能量平衡模型建立了冰川与大气之间的联系。为探讨不同天气条件对冰川能量收支的影响, 利用祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550 m处的气象资料（2011年8月24日 - 9月6日）, 结合能量平衡模型, 分析了不同天气条件下的能量收支变化特征。结果表明： 受云量影响, 晴天条件下向下短波辐射（318.3 W·m^-2）是多云条件下的1.5倍, 是阴天条件下的3倍。三种天气条件下的向下长波辐射, 晴天（215.4 W·m^-2）<多云（267.4 W·m^-2）<阴天（291.6 W·m^-2）。受固态降水的影响, 阴天条件下冰川反照率（0.50）是晴天时的2倍多。而三种天气下的最大消融耗热, 晴天（739.6 W·m^-2）>多云（582.8 W·m^-2）>阴天（324.5 W·m^-2）。在能量收入项中, 净短波辐射是主要来源（98%）, 但是受天气条件影响, 能量支出各项所占比例有明显差异; 在三种天气条件下, 净长波辐射所占比例分别为35%、 31%和23%, 消融耗热所占比例分别为62%、 64%和75%, 潜热通量所占比例相差不大。     

基于WRF驱动的CLM模型对青藏高原地区陆面过程模拟研究

NCAR-CLM是目前国际上发展较为完善的陆面过程模型.鉴于大多数研究利用气象站点的数据驱动CLM模型, 尝试将WRF气候模型的模拟结果作为驱动CLM的面上强迫场数据来对青藏高原陆面能量特征进行模拟研究.对WRF气候模型模拟的输出结果与青藏高原气象站观测数据进行比较分析表明, WRF模拟输出的气温和向下短波辐射数值与观测值的相关系数大于0.92(p >0.05), 气压和比湿的R²在0.80以上(p >0.05), 降雨和风速的模拟性能不稳定, 但WRF模拟输出的强迫场也可以作为CLM模型的驱动数据. CLM模拟的地表温度、 感热和潜热通量与青藏高原气象站观测的地表温度以及涡度通量数据验证分析表明, 虽然CLM对地表温度的模拟在合理范围内, 但模拟与观测值还是有较大偏差, 潜热和感热之间的相关系数分别为0.87和0.68(p >0.05), 表明CLM的模拟结果在单点上是可靠的.据此, 在此模拟结果基础上分析了青藏高原地区的陆面能量时空分布特征.     

1961-2010年全球变暖背景下中国空气湿度长期变化特征

空气湿度是重要的气象要素，与气温和降水密切相关，其长期变化特征是气候系统变化的重要表征。2003年前后全国自动站与人工站的更替使得相对湿度资料存在不能满足均一性的要求，亟需加强空气湿度变化特征方面研究。利用1961—2010年中国824个气象站订正后均一性较好的逐日气温、降水量和相对湿度数据，剔除缺测多的站点，采用线性回归分析、Mann-Kendall趋势检验和偏相关分析方法，综合分析中国水汽压和相对湿度的长期变化特征及其与气温和降水量的相关特征。结果表明:①全国各地年均水汽压呈增大趋势的站点占全部站点的90.3%；除春夏两季的黄土高原至云贵高原一带和长江下游地区、秋季的华南地区有所减小外，各季节全国水汽压普遍呈增大趋势。②全国年均相对湿度呈减小趋势的站点占64.1%；除河北北部至辽宁北部、陕西南部至黄淮地区、江南北部、青藏高原和四川西部地区以及西北大部呈增大趋势外，其余地区普遍减小；季节差异明显，春、夏和秋季，中东部大部分地区相对湿度以减小趋势为主；冬季除东北地区和云南减小外，其余大部分地区相对湿度增大。③全国各地水汽压与气温、降水量普遍以正相关为主，与气温的相关性强于与降水量的相关性；相对湿度与气温普遍呈显著的负相关，与降水量普遍以正相关为主。     

1961—2010年全球变暖背景下中国空气湿度长期变化特征

空气湿度是重要的气象要素，与气温和降水密切相关，其长期变化特征是气候系统变化的重要表征。2003年前后全国自动站与人工站的更替使得相对湿度资料存在不能满足均一性的要求，亟需加强空气湿度变化特征方面研究。利用1961—2010年中国824个气象站订正后均一性较好的逐日气温、降水量和相对湿度数据，剔除缺测多的站点，采用线性回归分析、Mann-Kendall趋势检验和偏相关分析方法，综合分析中国水汽压和相对湿度的长期变化特征及其与气温和降水量的相关特征。结果表明：①全国各地年均水汽压呈增大趋势的站点占全部站点的90.3%；除春夏两季的黄土高原至云贵高原一带和长江下游地区、秋季的华南地区有所减小外，各季节全国水汽压普遍呈增大趋势。②全国年均相对湿度呈减小趋势的站点占64.1%；除河北北部至辽宁北部、陕西南部至黄淮地区、江南北部、青藏高原和四川西部地区以及西北大部呈增大趋势外，其余地区普遍减小；季节差异明显，春、夏和秋季，中东部大部分地区相对湿度以减小趋势为主；冬季除东北地区和云南减小外，其余大部分地区相对湿度增大。③全国各地水汽压与气温、降水量普遍以正相关为主，与气温的相关性强于与降水量的相关性；相对湿度与气温普遍呈显著的负相关，与降水量普遍以正相关为主。     

1961 - 2018年青海高原昼夜雨量时空变化特征分析

基于青海高原1961 - 2018年47个气象站昼夜雨量数据, 分析了青海高原及各生态功能区的昼夜雨量及雨日的时空变化特征。结果表明： 近58年来, 青海高原昼夜雨量空间分布基本一致, 总体表现为东南向西北减少, 夜雨日多于昼雨日分布。青海高原昼夜雨量总体均呈增多趋势, 昼雨量的增加速率大于夜雨量; 从空间分布来看, 柴达木盆地西部、 东部农业区大部及青南牧区南部少数地区昼夜雨量呈减少趋势, 而柴达木盆地东部、 环青海湖地区、 青南牧区大部昼夜雨量均呈增多趋势。青海高原昼雨日略有增加, 夜雨日有减少趋势; 在地域上, 柴达木盆地昼夜雨日增多趋势明显, 而东部农业区昼夜雨日减少趋势明显。青海高原昼夜雨量分别呈2 a、 3 a的周期。近58年来, 青海高原、 东部农业区、 环青海湖地区、 柴达木地区昼雨量均无明显的突变现象, 仅青南牧区昼雨量在2003年前后存在明显突变现象; 青海高原、 东部农业区、 青南牧区夜雨量无明显突变现象, 环青海湖地区、 柴达木盆地夜雨量分别在1979年、 2003年出现了突变现象。     

气象产品的广义联合偏差修正方法及其应用

卫星气象产品、气候模式预测数据通常与地面观测数据存在偏差,为保证数据的可靠性和合理性,需要对其进行偏差校正,但偏差校正过程往往受具体区域气象特征、方法本身假定等因素的影响,导致修正效果不佳。为此,本文提出一种广义联合偏差修正方法,相较于现有研究最常用的单变量QM修正方法以及固定多变量修正顺序的JBC修正方法,该方法充分考虑到流域尺度降水和气温双变量的时空相关性,并结合其对径流的主导作用对变量修正顺序进行动态调整,实现了QM法和JBC法的优势互补。在澜沧江-湄公河流域的应用表明：考虑降水、气温相关性可显著改善降水和温度极值的修正效果,尤其是5、6月份,修正后气象与实测数据的纳什系数提升了0.5以上;考虑气象要素的修正次序显著降低了修正后的降水和温度频率分布及均值偏差;利用修正后的气象数据驱动分布式水文模型时,部分月份的径流模拟精度提升了54.3%。     

岩溶区青冈栎树干液流特征及其与环境因子关系

为阐明岩溶区植物液流变化特征,应用Granier 热消散探针法,连续测定了桂林岩溶区植物青冈栎1年整的树干液流密度变化,并用ICT-2000TE环境气象站同步监测林地环境因子。结果表明: 不同季节青冈栎树干液流密度差异较大,液流密度峰值分别为: 1月份36. 17g H2O /m2· s, 4月份62. 01g H2O /m2· s, 7月份63. 41g H2O /m2· s, 10月份39. 03gH2O /m2· s。土壤含水量在1月份、4月份、7月份与树干液流呈极显著相关;空气湿度和水汽压亏缺在1月份、10月份与树干液流呈极显著相关;空气温度在4月份、10月份与树干液流呈极显著相关,而光合有效辐射在所有的观测月份均与树干液流呈极显著相关。对各时期树干液流密度与环境因子的多元线性回归方程进行F 值检验,均达到极显著水平。