实际地形下30min太阳辐射模拟及误差分析——以祁连山马粪沟流域为例

借鉴国内外实际地形条件下的太阳辐射计算方法,基于数字高程模型,建立了任意地形实际天气下30min太阳辐射估算模型。在此基础上利用2008年9月—2009年6月祁连山高山区马粪沟流域实测辐射资料对模型精度进行了验证,并分析了模型误差来源。结果表明,由于DEM数据误差造成30min太阳辐射模型计算的遮蔽度与实际的遮蔽度存在...     

近几十年来黑河野牛沟流域的冰川变化

利用1956年航测、1970/1973年1:50000地形图以及野牛沟流域2003年ASTER影像获取的3期冰川资料,对黑河源头西支野牛沟流域的冰川时空变化进行了分析.通过分析流域气温变化和冰川变化的关系,探讨了流域冰川变化对河川径流的影响.结果表明:野牛沟流域1956—1970/1973年冰川总面积减少9.29%,年平均消退0.54%;1970/1973—2003年冰川总面积减少了18.23%,年平均消退0.60%.流域内冰川条数由1956年的165条减少为2003年的144条,1956—1970/1973年间流域冰川储量减少了2.29×10⁸m³,年均损失约0.13×10⁸m³;从1970/1973年到2003年,冰川储量减少了4.19×10⁸m³,年均损失约0.14×10⁸m³.从1956年到2003年,冰川变化率随着冰川面积的增加而降低,冰川萎缩速度有加快的迹象,而流域年平均温度也有加快升高的趋势.冰川的消退对于流域径流量的影响不大.     

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅰ）：模型原理

在全球变暖的背景下，我国多数大江大河源区存在冰川退缩、雪线上升以及多年冻土和季节冻土明显退化等现象，并由此造成河源区产流量减少以及生态环境恶化等诸多问题，这在内陆河山区流域体现的较为明显，但目前分布式水文模型中很少涉及冻土水热耦合问题。文章以黑河干流山区流域为例，构建了一个内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（DWHC）。模型基于土壤水热连续性方程将流域产流、入渗和蒸散发过程融合起来，在植被截留、入渗、产流和蒸散发计算方面也有所改进和创新，部分模块具有多个可选择方案。模型设计了与中尺度大气模式MM5的嵌套接口，也可以用地面气象资料驱动。模型在1 km×1 km网格基础上，以日为时间步长，将流域土壤分为18类，土壤剖面分为3～5层不等，流域植被概化为9类。模型只需要土壤初始含水量、初始地温和常规气象资料，以及土壤和植被物理参数，就能够连续演算各层土壤的温度、液态含水量、固态含水量、感热传导、潜热变化、水势梯度、导水率以及水分入渗和毛细上升量等水文循环要素。主要介绍了模型的基本原理和构建思路，有关模型的地面资料驱动结果和与MM5嵌套结果部分，参见后续文章(Ⅱ)、(Ⅲ)。     

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（Ⅲ）：MM5嵌套结果

利用中尺度气候模式MM5计算黑河山区流域2003年2月11日到6月30日的日降水量、2.0 m高度的日平均气温和潜热，并将其嵌套到DWHC模型中。MM5运行周期为10 d，积分步长为3 s，空间分辨率为3 km。保持DWHC模型土壤参数、植被参数、经验参数和可调参数等不变，仅对模型初始参数进行了调整，利用最近距离法（nearest）将MM5输出结果插值到1 km×1 km格点上，所计算的黑河干流出山口日平均流量与实测序列的NSE＝0.79，B＝-0.79（％），EV＝0.79，R2＝0.81。利用基于三角网格的立体插值法（cubic）所获结果与此相当，NSE＝0.79，B＝-0.65（％），EV＝0.79，R2＝0.80。这说明利用MM5 DWHC嵌套模型来模拟流域日平均流量是可行的。MM5 DWHC嵌套模型在径流模拟方面，比利用地面资料驱动结果要好。MM5 DWHC嵌套模型的计算结果表明，内陆河高寒山区流域存在明显的浅表产流特征，这与地面观测资料驱动结果一致。模型调试结果表明，MM5输出结果存在某种奇异性，且输出的非汛期降水量明显偏大。     

黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究

介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为3.0 m的季节冻土区,近50 a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(Φ20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约1.0℃和1.7℃.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月-2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.     

祁连山葫芦沟流域高山寒漠带非冻结期水文特征

高山寒漠带是我国内陆河山区和我国多数大江、大河源头的主产流区之一. 由于缺乏系统观测数据及相关研究的支撑,当前国内外研究较为匮乏,高山寒漠带水文循环过程机理尚不清楚. 通过在黑河上游葫芦沟流域高山寒漠带试验点布设水文循环观测试验,分析了典型高山寒漠带非冻结期水文特征. 结果表明：高山寒漠试验点观测期(2009年6月7日-9月30日)的降水量为541.4 mm;蒸发皿的蒸发量为256.9 mm,桶式微型蒸渗仪(Micro-Lysimeter)的蒸发量为122.8 mm,平均蒸发量为1.1 mm·d^-1. 根据观测,高山寒漠带凝结水量也比较丰富,凝结水虽然没有直接参与高寒山区水文循环的产汇流过程,但它消耗了能量,抵消了部分太阳辐射,间接地参与了产汇流过程. 高山寒漠带小流域在观测期的平均径流深为461.2 mm. 根据降水梯度获取的流域平均降水量为639.1 mm,径流系数为0.72.     

SRM融雪径流模型在长江源区冬克玛底河流域的应用

冬克玛底河流域作为青藏高原腹地长江源区典型代表性高寒山区流域,有较大面积的冰川、积雪存在。本文以冬克玛底河流域2005年5~10月的实测水文、气象资料为基础,运用SRM融雪径流模型对不同分带数对融雪径流模拟效果的影响和不同测站气温分别作为气温驱动变量对融雪径流模拟效果的影响分别进行了模拟试验。结果表明：不同分带会对SRM模型融雪径流量模拟产生一定的影响;而不同的气温作为驱动变量对模拟的效果影响很大,这表明SRM模型对气温驱动变量非常敏感。同样根据流域内径流与气温降水的相关分析看到日径流量与气温相关性较好,线性相关系数最好达到0.72,而径流与降水线性相关系数为0.20。根据以上模拟实验和相关分析选择合适的分带和具有代表性的站点气温,SRM模型模拟的两个优度指标最好可达到Nash-Sutcliffe 系数 (R2) = 0.83和体积差 (Dv) = 0.95%。 考虑到SRM 模型对气温的敏感性,利用最终选择的模拟方案并结合气温升高1 ^oC气候情景假设来考虑气温、降水和径流之间的关系。模拟结果表明：气温升高1 ^oC后,(1) 模拟时期内的径流总量由原来模拟的25.5 × 10⁶ m³增加到33 × 10⁶ m³;(2) 冰川物质平衡线从原来的 5600上升到5750米,冰川消融区从5.8 km²增大到13.5 km²,冰川消融量增加,对径流量的贡献明显增大。(3) 气温的升高加速积雪融化并改变降水形态是径流在5~6月变大的主导因素。7~10月份的径流变大则主要是由于冰川消融。     

基于数字摄影测量的雪盖制图方法探讨

受地形、 植被、 太阳辐射以及分吹雪等因素影响, 山区积雪时空分布差异性很大, 人工观测和卫星遥感手段很难获取高时空分辨率的雪盖信息. 2010年3-5月在祁连山葫芦沟一级小支流开展了相机摄影试验, 并应用摄影测量技术将野外拍摄影像转化为正射积雪空间分布图像, 以此获取小流域高时空分辨率的积雪分布信息. 结果表明: 20次摄影测量后方交会解得到的摄影中心与实测摄影中心误差ΔX 分布在-9.27~25.51 m之间, 而ΔY分布在-33.53~18.2 m, ΔZ区于-3.33~9 m之间. 单张积雪制图误差分析表明, ΔX 分布在-9.27~25.51 m之间, 而ΔY分布在-33.53~18.2 m, ΔZ区于-3.33~9 m之间, 边缘处积雪制图误差大于中心位置. 进一步分析表明, 高程数据精度、 摄影距离和摄影倾角等因素影响数字摄影测量雪盖制图的精度. 随着地形数据精度的提高, 正射积雪制图的精度有很大的提升空间, 相机摄影测量也将成为小流域尺度、 坡面尺度雪盖信息获取的有效手段之一.