中国天山山区降水空间分布模拟及成因分析

为了研究中国天山山区降水空间分布规律及其形成机理,基于研究区DEM及气象站点数据资料,运用偏最小二乘法和GIS技术建立了山区降水估算模型,并分析其降水成因。结果表明:天山山区年降水具有明显的经度和纬度地带性,西段多于东段,北坡(迎风坡)多于南坡(背风坡);研究区降水在海拔4 000 m以下呈线性增加特征,随后显著减少,在5 500 m左右出现第二极大值带;坡度小于50°时降水与坡度呈显著正相关。在地形抬升条件下,随气温下降和相对湿度上升使降水增加,这也是山区降水形成的必要条件。总体来看,偏最小二乘法可以有效解决降水及各因子间多重相关性问题,模型回归效果较显著,在模拟山区降水方面具有一定适用性。     

基于TRMM卫星降水的太行山区降水时空分布格局

基于TRMM 3B42V7数据,综合采用多元线性回归、偏最小二乘回归和地理加权回归3种方法,建立了太行山区卫星降水产品的降尺度校正模型,将遥感降水信息从0.25°×0.25°降尺度到0.05°×0.05°。在结果评估和优选的基础上,分析了"像元-集水区-全区"年、月降水的多时空尺度干湿季节分布和垂向分布特征,并从机理方面论证了研究的合理性。结果表明:①地理加权回归校正效果最优,可明显降低校正降水与实测降水系列的均方根误差和平均相对偏差且提高决定系数;偏最小二乘回归可降低两项误差,但对决定系数无提升;多元线性回归最差,各项指标均无改善。②处于夏季风迎风侧的东坡和南坡降水量普遍高于500 mm,背风侧的西坡和北坡降水量较低,最大年降水量位于东南坡海拔1 300~1 500 m的地带。③研究区7-9月降水量占全年的58.7%,干湿季节降水量之比为1:18,各集水区的变化范围为1:13~1:25。④季风风向影响降水中心的移动路径,各月降水量沿高程变化梯度区间为-5.2~6.7 mm/hm,且迎风坡降水的垂向分布更复杂。     

四套降水资料在喀喇昆仑山叶尔羌河上游流域的适用性分析

分析了2003-2009年基于卫星观测的降水数据CMORPH、 TMPA 3B42 v6、 中国科学院青藏高原研究所的融合数据ITPCAS和基于地面台站的APHRODITE (2003-2007)四套降水数据集在叶尔羌河上游流域的时空分布特征, 并以这四套降水数据为驱动, 利用VIC分布式水文模型对叶尔羌河上游流域的降水径流进行模拟.结果表明: 在空间分布上, 四套降水资料在叶尔羌河上游流域的差异较大, ITPCAS的空间分布与流域冰川的分布较一致, 基于冰川区即为大降水区的基本认知, 初步认为ITPCAS的空间分布比较合理; 其次是TMPA 3B42 v6和APHRODITE; 在流域的年降水量和季节分配量上, 由于缺乏高海拔地区的实测降水资料, 无法准确回答各套降水资料在量级上是否合理; 在时间序列上, 四套降水资料与流域站点降水(库鲁克栏杆站和塔什库尔干站的平均降水)存在着不同程度的差异.但从整体上看, CMORPH数据在一定程度上能够反映流域的月降水变化过程, 而APHRODITE和ITPCAS只能在个别年份对流域的降水描述较好; 在径流模拟上, 卫星降水数据CMORPH显示了作为水文模型输入数据的较大潜力; 而其他降水资料在叶尔羌河径流模拟中, 与实测径流在量和季节分配上可能存在较大偏差.     

人类活动对海河流域径流系列一致性影响的分析

从地下水开发利用、水土保持生态建设两方面分析流域降水径流关系变化的成因,说明山丘区、平原区径流系列一致性修正方法,提出一致性、代表性较好的径流成果。结果表明,进行一致性修正后,海河流域1956～1979年平均年径流量较第一次水资源评价减少11.1%,且山丘区减少幅度小于平原区。     

新疆渭干河流域降水变化及影响因素分析

通过分析渭干河及其支流情况,对渭干河流域降水系列代表性和雨量选用站的可靠性进行探讨。利用水文分析法对年降水量分布、年内分配、年际变化、垂直分布、丰估变化和不同保证率下的年降水量进行分析论证,得出:渭干河流域降水量受气候、地形和自然地理条件影响较大,降雨一般随海拔高程升高而增大,迎风坡降水量大于背风坡,多年平均降水量与流域降水量变化也一致。上世纪80年代后,年降水量增加比较明显。     

1980—2019年藏东南帕隆藏布流域冰川物质平衡模拟

帕隆藏布流域位于中国海洋性冰川发育最为集中的藏东南地区,近年来随着全球气候变暖,帕隆藏布流域冰川亏损显著。利用全球开放冰川模型(OGGM)模拟了1980—2019年藏东南地区帕隆藏布流域1 554条冰川物质平衡,发现1980—2019年帕隆藏布流域全域冰川物质平衡呈现不断亏损的状态,为-0.41 m w. e.·a^-1,在2000—2019年物质平衡亏损更为严重,达到-0.56 m w. e.·a^-1。从空间分布上来看,流域东南部和流域西北部是冰川亏损最为严重的区域,流域中部和西部冰川亏损相比较少。温度的升高和降水的轻微减少是冰川物质亏损的主要原因。通过气温和降水的敏感性分析,气温上升1℃,流域71.75%的冰川物质平衡变化在-1 000～-500 mm w. e.·a^-1;降水减少20%,62.81%的冰川物质平衡变化在-450～-300 mm w. e.·a^-1,相较于降水,冰川对气温变化更为敏感。通过分析国家气象站及再分析数据,发现1980—2019年气象站气温上升均超过1.5℃,波密站200...     

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。     

遥感降水资料后处理研究综述

获取高精度高分辨率的降水数据对于流域水文分析、水资源管理及洪涝干旱监测等均具有重要意义。遥感技术虽然能有效再现降水的时空分布,但原始遥感降水资料无法满足水文领域对高精度高分辨率数据的需求,需要开展遥感降水资料的后处理研究。介绍获取降水资料的主要方法,包括雨量站观测、地面天气雷达估测以及气象卫星反演,讨论各方法的主要优势和当前存在的问题,在此基础上综述遥感降水资料的后处理方法研究进展,包括空间降尺度、偏差校正以及产品融合,并归纳后处理降水产品的评价指标,最后指出今后的研究重点:发展和改进降水估计技术;构建更为合理的多源降水数据融合框架;加强降尺度法对比研究,进一步改进和完善降尺度法;开展降水相关的不确定性分析。     

GPM IMERG降水产品在珠江流域的适用性分析

以珠江流域为研究区域,以CMFD再分析降水数据集为基准值,对2010～2018年的GPM卫星降水产品进行适用性评价,主要从多时间尺度精度表现、日降水探测能力、极端降水监测能力等方面进行分析。结果表明,该降水产品在珠江流域具有较高的观测精度,多年平均相对偏差仅为3.78%,皮尔逊相关系数高达0.96;该卫星降水产品对日降水的探测能力与降水强度关系密切,降水强度越大,探测能力越弱,当日降水强度为5 mm/d左右时,探测能力最佳;此外,该卫星降水产品对珠江流域极端降水事件的监测能力较好,能准确刻画出极端降水的空间分布特征。整体来看,GPM卫星降水产品在珠江流域具有较高的应用潜力,可为流域降水监测、降水过程再现等工作提供数据支持。     

天山山区降水量的空间分布及其估算方法

利用天山山区及周边31个国家基本站1998～2008年期间的逐月降水资料结合TRMM卫星月平均降水资料,使用卫星结合雨量计的降水估算方法,得到天山山区逐月降水空间分布,并运用交叉检验方法对降水估算精度评估,Nash-Sutcliffe效率系数在0.5以上,相关系数高达0.9以上。结果表明,TRMM卫星对西北山区的降水活动有一定的探测能力,能够较好的反映天山山区降水时空变化特征,为山区降水数据稀缺条件下的降水空间分布估算提供方法,为相关的水文、气象等研究提供数据支持。     

气候变化背景下海河流域干旱特征及趋势

为了深入研究近60年来多种气候、水文要素对海河流域干旱变化的影响,采用Mann-Kendall非参数检验法对流域内气温、降水、径流等要素进行了分析,并采用Z指数法对流域的干旱特征进行了研究。结果表明：20世纪50年代以来,海河流域经历了湿润-正常-干旱的变化过程;21世纪初,流域北部地区出现偏旱现象,多次干旱的面积覆盖率低于40%,少部分干旱覆盖率较高,最高达98%;从时间上看,1980年是发生干旱现象的一个临界点,无论是从发生次数还是覆盖面积上,1980年以后要明显大于1980年以前。从干旱发生频率上分析,海河流域发生轻度和一般干旱的高频地区多分布在滦河流域以及北部山区,中部平原地区干旱爆发频率相对较低,重大干旱事件则在中南部平原地区发生频率更高。综合全部干旱事件,滦河流域为干旱频发区,其次为海河流域东部地区,西部地区则频率相对较低。     

黄淮海流域旱涝时空分布及组合特性

以黄淮海流域及其周边地区204个气象站点1961-2010年逐日降水过程资料、国家1:25万DEM数据和1:20万土地利用数据为基础,在利用降水Z指数对黄淮海流域旱涝进行评价的基础上,采用下垫面数据对结果进行修正,并分析黄淮海流域旱涝面积的时间变化特征,对黄淮海地区的易旱区、易涝区进行了划分,进一步选取集对分析法划分了流域内季节间旱涝交替的易发区。结果表明:黄淮海流域内夏秋两季旱涝问题较为严重,且秋旱面积上升趋势较为明显;黄河和海河流域以干旱居多,淮河则是干旱和雨涝并存,季节间的旱涝交替多集中在淮河流域中上游地区。     

基于地理空间要素的雅砻江流域面雨量估算

反映流域整体降水情势的面雨量一直是水文模型的重要输入参数之一,在泰森多边形雨量法的基础上考虑地理空间要素对降雨空间分布的影响,采用面向对象的遥感信息聚类方法提取出雅砻江流域2项形状因子(周长、面积)和5项地形因子(平均高程、平均坡度、平均坡向、高程差周长比和高程差面积比)。降雨—径流相关性分析结果表明:地形因子雨量法在月尺度上的降雨估算精度高于年尺度,且在月尺度上能更好地反映流域不同区段的降雨空间分布特征;在月、年际降雨变化趋势分析方面,年尺度上的降雨与径流一阶差分后平均相关系数为0. 903,高于月尺度的0. 629,主要由于水电站调蓄过程对流域径流异质性的影响,且影响度随着时间尺度缩小而放大。     

中国地下水资源演变趋势及影响因素分析

中国地下水资源发生了显著变化,全面摸清地下水资源演变趋势及其影响因素是治理和管理地下水资源的基础。基于全国水资源调查评价、中国水资源公报等资料,对中国60余年来地下水资源的演变规律与影响因素进行了系统分析。结果表明:全国地下水资源量总体稳定,但区域演变趋势差异明显,海河区、辽河区、黄河区呈明显衰减态势;地下水补给结构发生重大变化,由自然补给演变为自然与人工补给并存的模式;地下水排泄结构发生巨大变异,由天然排泄逐渐演变为以人工排泄为主。海河区、松花江区、黄河区、西北诸河区等区域地下水补给排泄关系严重失衡,超采问题突出;降水变化、下垫面条件改变、人类活动干扰是地下水资源变化的主要原因。     

中国地下水资源演变趋势及影响因素分析

中国地下水资源发生了显著变化,全面摸清地下水资源演变趋势及其影响因素是治理和管理地下水资源的基础。基于全国水资源调查评价、中国水资源公报等资料,对中国60余年来地下水资源的演变规律与影响因素进行了系统分析。结果表明：全国地下水资源量总体稳定,但区域演变趋势差异明显,海河区、辽河区、黄河区呈明显衰减态势;地下水补给结构发生重大变化,由自然补给演变为自然与人工补给并存的模式;地下水排泄结构发生巨大变异,由天然排泄逐渐演变为以人工排泄为主。海河区、松花江区、黄河区、西北诸河区等区域地下水补给排泄关系严重失衡,超采问题突出;降水变化、下垫面条件改变、人类活动干扰是地下水资源变化的主要原因。     

Spatiotemporal variation of meteorological droughts based on the daily comprehensive drought index in the Haihe River basin,China

Meteorological droughts can affect large areas and may have serious environmental, social and economic impacts. These impacts depend on the severity, duration, and spatial extent of the precipitation deficit and the socioeconomic vulnerability of the affected regions. This paper examines the spatiotemporal variation of meteorological droughts in the Haihe River basin. Meteorological droughts events were diagnosed using daily meteorological data from 44 stations by calculating a comprehensive drought index (CI) for the period 1961–2011. Based on the daily CI values of each station over the past 50 years, the drought processes at each station were confirmed, and the severity, duration and frequency of each meteorological drought event were computed and analyzed. The results suggest the following conclusions: (1) the use of the CI index can effectively trace the development of drought and can also identify the duration and severity of each drought event; (2) the average drought duration was 57–85 days in each region of the Haihe River basin, and the region with the highest average values of drought duration and drought severity was Bohai Bay; (3) drought occurred more than 48 times over the study period, which is more than 0.95 times per year over the 50 years studied. The average frequencies of non-drought days, severe drought days and extreme drought days over the study period were 51.2, 3.2 and 0.4 %, respectively. Severe drought events mainly occurred in the south branch of the Hai River, and extreme drought events mainly occurred in the Shandong Peninsula and Bohai Bay; (4) the annual precipitation and potential evapotranspiration of the Haihe River basin show decreasing trends over the past 50 years. The frequency of severe drought and extreme drought events has increased in the past 20 years than during the period 1961–1990. The results of this study may serve as a reference point for decision regarding basin water resources management, ecological recovery and drought hazard vulnerability analysis.

     

Spatiotemporal variation of meteorological droughts based on the daily comprehensive drought index in the Haihe River basin,China

Meteorological droughts can affect large areas and may have serious environmental, social and economic impacts. These impacts depend on the severity, duration, and spatial extent of the precipitation deficit and the socioeconomic vulnerability of the affected regions. This paper examines the spatiotemporal variation of meteorological droughts in the Haihe River basin. Meteorological droughts events were diagnosed using daily meteorological data from 44 stations by calculating a comprehensive drought index (CI) for the period 1961–2011. Based on the daily CI values of each station over the past 50 years, the drought processes at each station were confirmed, and the severity, duration and frequency of each meteorological drought event were computed and analyzed. The results suggest the following conclusions: (1) the use of the CI index can effectively trace the development of drought and can also identify the duration and severity of each drought event; (2) the average drought duration was 57–85 days in each region of the Haihe River basin, and the region with the highest average values of drought duration and drought severity was Bohai Bay; (3) drought occurred more than 48 times over the study period, which is more than 0.95 times per year over the 50 years studied. The average frequencies of non-drought days, severe drought days and extreme drought days over the study period were 51.2, 3.2 and 0.4 %, respectively. Severe drought events mainly occurred in the south branch of the Hai River, and extreme drought events mainly occurred in the Shandong Peninsula and Bohai Bay; (4) the annual precipitation and potential evapotranspiration of the Haihe River basin show decreasing trends over the past 50 years. The frequency of severe drought and extreme drought events has increased in the past 20 years than during the period 1961–1990. The results of this study may serve as a reference point for decision regarding basin water resources management, ecological recovery and drought hazard vulnerability analysis.     

TRMM卫星降水反演数据在珠江流域的适用性研究——以东江和北江为例

为评估最新一代TRMM 3B42-V7卫星降水反演数据产品在珠江流域的精度和适用性,选取位于珠江流域下游的东江和北江流域为研究区域,基于地面雨量站点数据评估了该产品的精度和适用性,并结合可变下渗容量（Variable Infiltration Capacity,VIC）水文模型进行了水文模拟验证。对比分析结果表明,在网格尺度上,大多数网格日尺度相关系数达到0.60以上,月尺度相关系数达到0.90以上,3B42-V7产品表现出较好的精度,在区域尺度上精度得到了进一步提高;水文模拟验证分两种情景下进行,情景Ⅰ的结果表明,当水文模型由地面雨量站点数据率定时,3B42-V7产品数据的水文模拟效果不佳,个别区间内存在对洪峰流量明显的低估;情景Ⅱ的结果表明,由3B42-V7产品数据重新率定水文模型时径流模拟效果有了较大改善,说明该产品可在一定程度上作为资料缺乏地区的降水数据来源。     

新疆降水特征及其对水资源和生态环境的影响

新疆位于欧亚大陆腹地,空中水汽来源少,水资源匮乏,生态环境脆弱,降水有其独特的时空分布特征,且对水资源形成和生态环境有着十分重要的影响和作用.利用全疆106处水文、气象站1956-2005年的降水资料以及相关分析研究成果,从水资源的角度对新疆降水的形成条件、时空分布特征和对水资源、生态环境的影响进行了分析.结果表明:多年平均年降水总量为2588×10⁸m³,折合降水深157.4 mm;90%以上的站点年降水量变差系数在0.2～0.7之间;连续最大4个月降水量在40%以上,平均降水产流系数为34%.新疆降水的稀少导致了其生态环境的极端脆弱,绿洲面积仅占全疆总面积的9%,而沙漠面积却达全疆的25.7%.未来新疆地区仍然是干旱、半干旱地区,大气降水资源有限,必须通过其它途径来解决新疆水资源短缺问题.