大气水文模式耦合研究综述

首先阐明大气水文模式耦合的必要性，总结作为二者耦合的共同界面——陆面模式的发展过程。在此基础上，从耦合研究方法和目的出发，分4个类别详细论述当前国内外大气水文模式耦合研究的现状。指出了单向耦合不足和进行双向耦合所面临的几个关键问题包括：尺度问题、次网格分布非均匀性、降水模拟等。未来要求充分利用“3S”、四维变分同化等新技术和新方法，加强多学科的联合研究，深入开展大气水文模式的双向耦合试验和敏感性分析，研究大气—植被—土壤—水文系统的交互影响，从根本上提高大气和水文模式的模拟和预报水平。     

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。     

水及溶质在有大孔隙的土壤中运移的研究(Ⅱ):数值模拟

本文根据CT扫描得到的土壤大孔隙分布、离心机法测得的土壤水分特征曲线以及计算得到的土壤大孔隙和基质的饱和水力传导度和弥散度,采用新的数值方法模拟了水及溴离子在原状土中的运移,分析比较了模拟结果,得到了原状土溴离子在各时刻的运移图,定量分析了大孔隙的存在对水及溶质运移的影响和对地下水造成的污染。     

两种土壤大孔隙分布的比较

分别对南京和聊城土壤含有各种大孔隙的原状土柱以及含有一个已知直径大孔隙的填充土柱进行CT扫描实验，简单CT扫描原理和过程，对CT图像进行处理，得到两种土壤大孔隙横向与纵向的分布，分析比较它们的不同，结果表明不同土壤由于其形成机理和存在条件（例如气候和植被）的不同，大孔隙的分布各不相同。     

气候模式对长江流域气温和降水的模拟性能评估及未来情景预估

利用政府间气候变化专门委员会第四次评估报告的22个新一代全球气候模式基准期(1961～1990年)模拟结果,从时空尺度分别讨论了与观测过程的差异,评估了模式对长江流域气温和降水的模拟性能。结果表明22个气候模式对长江流域具有一定的模拟能力,地面气温的模拟值都偏低,部分降水的模拟值局部偏高。不同的气候模式的模拟能力差异显著,大部分模式对长江流域的模拟精度有待进一步改进,只有少数几个模式（降水有6个模式,气温有5个模式）的年变化趋势与实况基本一致。综合比较,UKMO_HadCM3和NCAR_PCM两个模式基本能再现长江流域降水和气温的年变化特征。长江流域降水和气温未来情景预估表明各个模式和情景结果虽然存在差异,但对未来90年气候变化的模拟趋势基本一致,将持续增温、降水出现区域性增加,并着重讨论了UKMO_HadCM3模式在2020s（2010～2039年）、2050s（2040～2069年）和2080s（2070～2099年）3个时段的降水和气温时空变化特征,研究结果表明3个时段气温和降水在不同情景下都是逐渐增加的,A2情景下未来降水增幅最显著,B1情景增幅最小。     

大尺度分布式水文模型数字流域 提取方法研究

构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一 种根据1km DEM 生成更大网格尺度DEM 数据, 同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度 等地貌参数信息量衰减速度的有效方法———ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河 唐乃亥以上流域的5km、10km、15km 和20km 两套DEM 数据, 分别提取高程、坡度、地形指数、河 网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数, 并与1km DEM 提取的上述参数进行比较, 对两 种方法作出评价。结果显示, 随着网格尺度的增大, ZB 算法获得的DEM 数据可以保持河网的连 续性, 提取出合理的流域范围, 减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文 模型提取数字流域的需要。     

神头泉流量衰减原因分析及趋势预测

运用季节分解、回归分析等时序分析方法对该泉42年(1958-1999)的月观测流量资料和大气降水、人类开采地下水资料进行了分析处理。结果表明大气降水的减少是神头泉流量衰减的主要原因,其控制着泉流量变化的基本趋势,而人类活动对泉流量的衰减起促进作用,属次要因素。其中,泉流量对大气降水变化的响应存在11年的滞后期,对390～450mm区间的年降雨量变化响应最敏感; 而泉流量对人类活动的响应只有在第四系孔隙水开采量大于5×107m3/a时才明显。在此基础上,预测了泉流量未来演化趋势。此外,对山西近几十年来出现泉流量普遍减少的原因进行了讨论。      

田间土壤含水率的变异性及监测误差分析

以山西省洪洞县霍泉灌区多块试验田的多次实地观测资料为基础,分析了田间土壤含水率的变异强度及其影响因素监测误差与变异强度及采样数目的关系,得出监测误差随采样数目的增大而减小,随变异强度的增大而增大,并讨论了合理的采样数目的确定。     

Channel Network Tool-Ⅰ的原理与功能

CNT—Ⅰ(Channel Network Tool-Ⅰ)是基于复合信息(数字高程模型和栅格化主干河网)自动提取流域地表水文特征的专用软件包。它利用主干河网的位置信息指导D8法单元网格水流模式的提取。弥补了现有工具软件使用的数据源单一带来的问题和不足,在平原区和洼地的处理上有了很大改善。CNT-Ⅰ专门针对配置一般的计算机设计,支持千万格点以上的各种分辨率的栅格数据,并内嵌了分辨率为30”的中国大陆DEM和相应的Ⅰ、Ⅱ级主干河网,且能以30”的整数倍输出任意区域的河网、流域边界、准三维渲染图,以及栅格的流向、坡度、汇流路径等数据,并能根据用户的要求度身定制,具有很强的实用性。介绍了该软件的原理和功能,并与同类型的商业软件进行了比较。