寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅰ)：模型对比

冻土水热传输和水热耦合过程是寒区水循环的核心环节和重要组成部分,土壤温度和湿度(含水量)的观测和模拟是冻土水热过程分析的基础. 以中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域为依托,选取季节冻土区的高寒草原、高寒草甸和多年冻土区的沼泽化草甸、高山寒漠等4种典型寒区下垫面,分别布设自动气象站,并调查相关土壤和植被参数,利用SHAW和CoupModel模型对试验点的土壤水热条件进行模拟计算.结果表明：4个试验点多层土壤含水量和地温SHAW模型计算值与实测值对比平均相关系数R²分别为0.65和0.90;CoupModel模型计算值与实测值对比平均R²为0.72和0.93. 总体上,地温的模型估算结果略好于含水量;相对于SHAW模型,CoupModel模型是更适合寒区各种下垫面的一维SVATs模型.     

基于MODIS双卫星积雪遥感数据的积雪日数空间分布研究

结合Terra和Aqua卫星的积雪产品,获取2001-2006年全国新的逐日积雪覆盖数据,并利用此数据通过两种方案获取了全国积雪日数分布,对比发现3大稳定积雪区中,新疆地区积雪稳定性及连续性最好,东北其次,而青藏高原地区最差;通过595个气象台站年积雪日数数据分区分不同植被类型修正MODIS获得的年积雪日数.结果表明:...     

天山南坡科其喀尔巴西冰川消融估算

能量平衡模型是目前估算冰川表面消融最准确的方法之一.利用科其喀尔巴西冰川野外气象和消融观测数据,结合1:5万地形图,对不同坡向和坡度格点上总辐射和净辐射进行了地形校正模拟,并采用空气动力学法对冰面感热和潜热进行了计算,最后对冰川表面消融进行了模拟.结果表明,模拟小时总辐射和实测值存在较好的一致性,二者相关系数为0.85,而净辐射模拟效果较差.消融模拟值大体反映了实际的消融值,平均误差为2.9mm w.e/day,均方根误差为4.2 mm w.e/day,且模拟值一般略大于观测值,距离自动气象站较近的花杆模拟相对误差较小,随着花杆距离冰面自动气象站距离的增大,模拟相对误差呈增加的趋势.     

黑河中游灌区地下水位短期季节性变化趋势预测

利用黑河中游平川、板桥、鸭暖和蓼泉灌区8眼观测井的1985-2002年逐月实测平均地下水位埋深资料(共1728个月),基于帕森斯季节性指数理论,分别建立了黑河中游灌区具有代表性的平川、板桥、鸭暖、蓼泉四灌区共8眼观测井季节地下水位埋深动态变化预测模型,并用2003年各观测井的资料进行了趋势预测进行检验.结果表明:观测井地下水位变化过程呈线性递减的相关系数越显著,其拟合误差和预测误差越小.各观测井地下水位帕森斯季节性指数模型拟合差≤0.05 m的月数占总检验月数的比例平均为38.33%,拟合差≤0.10 m的月数占总检验月数的比例平均为72.50%,>0.25 m的月数占总检验月数的比例平均为2.00%;各观测井预测误差≤0.05 m的月数占总预报月数的比例平均为36.46%,预测误差≤0.10 m的月数占总预报月数的比例平均为64.38%,>0.25 m的平均比例仅为2.00%,说明帕森斯季节性指数模型可以对短期黑河中游典型灌区地下水位动态趋势进行预测.     

中国西北干旱内陆河流域分布式出山径流模型

In order to predict the futuristic runoff under global warming, and to approach to the effects of vegetation on the ecological environment of the inland river mountainous watershed of Northwest China, the authors use the routine hydrometric data to create a distributed monthly model with some conceptual parameters, coupled with GIS and RS tools and data. The model takes sub-basin as the minimal confluent unit, divides the main soils of the basin into 3 layers, and identifies the vegetation types as forest and pasture. The data used in the model are precipitation, air temperature, runoff, soil weight water content, soil depth, soil bulk density, soil porosity, land cover,etc. The model holds that if the water amount is greater than the water content capacity, there will be surface runoff. The actual evaporation is proportional to the product of the potential evaporation and soil volume water content. The studied basin is Heihe mainstream mountainous basin, with a drainage area of 10,009 km^2. The data used in this simulation are from Jan. 1980 to Dec. 1995, and the first 10 years‘ data are used to simulate, while the last 5 years‘ data are used to calibrate. For the simulation process, the Nash-Sutcliffe Equation, Balance Error and Explained Variance is 0.8681,5.4008 and 0.8718 respectively, while for the calibration process, 0.8799, -0.5974 and 0.8800 respectively. The model results show that the futuristic runoff of Heihe river basin will increase a little. The snowmelt, glacier meltwater and the evaportranspiration will increase. The air temperature increment will make the permanent snow and glacier area diminish, and the snowline will rise. The vegetation, especially the forest in Heihe mountainous watershed, could lead to the evapoWanspimtion decrease of the watershed, adjust the runoff orocess, and increase the soil water content.     

森林水文生态效应若干争论问题讨论

对国内外若干森林水文生态效应的部分争论焦点问题进行了阐述,指出容量饱和与平衡变化是导致不同森林水文生态效应存在的根本原因.截留量可以用林冠截留率或林冠饱和度计算.对森林水文生态效应的研究方法进行了探讨,指出某些研究结论相反的原因可能是由于实验方法的问题.必须结合水文循环过程的机理,加强森林生水文生态效应机制的研究,要建立不同空间尺度的分布式水文模型,从而准确的回答流域或区域的森林生态水文效应.     

黑河流域水资源生态环境安全问题研究

对黑河流域水文资料进行分析计算发现, 由于有冰川补给流域水资源比较稳定, 最枯年和最丰年水资源量之比仅为1:2, 这在北方河流中是非常罕见的。多年平均水资源量为32.31亿m³·a^-1, 人均水资源量为1689m³·a^-1, 略低于国际上公认的人均水资源安全警戒线1000~1700m³·a^-1的上限。根据黑河流域水资源反复转化多次重复利用的特点, 扣除7.5亿m³·a^-1的生态用水量, 结合流域正在执行的综合整治和节水措施的推广, 目前水资源状况是安全的, 下游生态环境的危机可以通过水资源统一调配来解决。依据天然出山水资源变化和水土资源开发利用规模及额济纳旗生态环境状况, 在不增加土地灌溉规模并适当采取节水措施的前提下, 可以确定32.31亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全临界线, 28亿m³·a^-1的天然来水量为流域水资源安全警戒线。     

黑河流域山前绿洲水量转化模拟研究

利用数字高程数据、遥感解译成果、地下水和水文气象资料,建立了一个基于GIS网格的黑河中游山前绿洲地区分布式水文模型.模拟结果表明,黑河流域中游山前绿洲地带的降水几乎完全消耗于蒸散发,且大约70%的山区地表径流补给也消耗于蒸散发.蒸散发以中游森林为最多,草本植被蒸散发同植被覆盖度呈正比.天然植被覆盖度同降水量的多少呈正比,在当地气候条件下,降水是天然荒漠植被类型和分布的控制因子.     

我国新疆北部地区雪面雨日数时空变化特征分析

在全球变化背景下,雪面雨发生频次增加,致灾风险加大,认识雪面雨时空变化特征对于防洪减灾具有重要意义。基于我国新疆北部地区42个国家气象站1960—2015年逐日气温、降水、雪深、天气现象等气象观测数据,制定降水类型、地面状态、雪深等共同判定雪面雨事件的参数化方案,进而分析新疆北部地区雪面雨日数时空变化特征及其与气温、海拔的关系。结果表明：近56 a来新疆北部地区雪面雨日数以0.3 d·（10a）^-1的速率呈缓慢增加趋势;空间分布上,新疆北部地区雪面雨主要集中于塔城北部、伊犁河谷、乌鲁木齐河源地区,其中塔城裕民县最多,年平均雪面雨日数12.2 d;相关分析显示雪面雨日数及雪面雨量均与海拔呈显著正相关。该研究有望提升对新疆干旱区雪面雨事件这一诱发雨雪混合洪水重要现象的科学认识,为新疆地区致灾洪水过程分析以及洪水监测预警提供参考。     

固液态降水分离方法探讨

降雨径流和融雪径流在水文循环中是截然不同的,当前大多数水文模型采用临界气温法来分离降雨和降雪,但这个临界值是用户自定的,没有统一的临界值.根据1961-1979年全国643个基本和基准气象站日平均气温和降水数据(1980年以后数据库中未标记降水形态而无法应用)来统计降雨和降雪的临界气温值.选取单站降雨和降雪均为98.5%的保证率所对应的日平均气温值,作为固液降水分离的临界气温值,绘制我国范围的临界气温等值线图.同时,引进月降雪比率分离法,判断流域内某月是否有降雪,降雪量多少,但该方法易受站点分布的影响.两种方法可结合使用,后者可以作为前者的辅助.