多源再分析降水数据在拉萨河流域应用对比研究

针对资料稀缺地区水文模拟计算难题,开展多源再分析降水数据在拉萨河流域应用对比研究,本文基于HIMS系统构建了拉萨河流域分布式水文模型,以气象站实测数据为参照,对比分析了中国区域地面降水格点日值数据集和中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集两套遥感再分析数据集的气象数据在拉萨河流域的径流模拟效果。结果表明：在日和月时间尺度上,气象站实测降水数据的径流模拟精度最好,驱动集降水数据径流模拟结果要好于网格点降水数据。总体上,基于气象站实测降水数据的径流模拟纳西效率系数为0.86(日过程)和0.93(月过程),相关系数均在0.9以上。基于两类再分析数据的降水径流模拟纳西效率系数均在0.7(日过程)和0.8(月过程)以上,相关系数均在0.9左右。对于资料稀缺地区,多源再分析降水数据是重要的可用数据来源。借助于降水—径流模型,探讨多源再分析降水数据对径流模拟精度的影响,是完善多源再分析降水数据产品质量的一个重要环节。     

多模式预测气候变化及其对雪冰流域径流的影响

冰川覆盖流域的雪冰融水对河川径流有重要的调节作用.气候变化影响雪冰融水过程和数量变化,河川径流过程和径流量相应变化,其程度与流域冰川情况相关.通过利用CMIP5气候模式输出气象数据驱动流域水文模型,模拟研究天山地区3个不同冰川覆盖率河流(库玛拉克河、玛纳斯河、库车河)的径流对气候变化的响应.结果表明:随着未来气温和降水...     

基于全球降水数据估计值的地表径流模拟--以长江上游地区为例

为了评价在相对较短时间内针对长江上游地区地表水径流所建立模型的模拟效果,以及检验以GCM模型和其他卫星数据所估算的降水数据作为输入数据的可行性,选择分布式水文模型HSPF以及1987年和1988年的ISLSCP降水数据作为输入数据。模型模拟结果表明:从整个长江上游地区看,在校正期内,5天平均流量的Nash–Sutcliffe相关系数(R2) 为0.94;在验证期内,Nash-Sutcliffe相关系数(R2) 为0.95。此外,该模型对长江上游主要支流的5天平均流量的模拟效果也很好,R2的值在0.46到0.96之间。例外的情况主要发生在沱江和嘉陵江,模型对2年洪水期的峰值流速的估计值偏低,沱江只有实际值的71%,嘉陵江只有实际值的61%。ISLSCP估计的降水比实际测量的降水频繁且程度要弱,这可能是HSPF不能在所有时间和所有区域都具有较好模拟效果的一个主要原因。     

流域水文模型对土壤数据响应的多尺度分析

流域水文模拟对输入数据空间详细程度的要求受流域面积大小的影响,而流域面积影响作用的定量描述有助于模拟时的数据选取.本文以美国Brewery Creek流域(约19.5 k㎡)为例,在逐级连续的汇流面积上,分析了SWAT模型基于1:2.4万的SSURGO和10m分辨率的SoLIM土壤数据模拟的径流量的差别随汇流面积的变化...     

基于径流对气候变化敏感性指标的多源数据质量评估

准确评估径流对气候变化的敏感性对水资源管理至关重要。多源气象水文数据集已被广泛应用于径流对气候变化敏感性的分析中,但目前尚无研究从径流敏感性的角度评价不同数据集。基于中国6个不同气候条件流域的实测气象水文资料,本文计算了径流对降水和潜在蒸散发变化的敏感性,并以此为基准评估4类数据集GLDAS、ISIMIP2a、ISIMIP2b、CMIP6 共45套子数据集的径流敏感性模拟效果。结果表明：GLDAS数据集模拟精度较低,CMIP6、ISIMIP2a、ISIMIP2b数据集模拟精度差异较小;3套子数据集ISIMIP2a中的CLM4.0、CMIP6中的UKESM1-0-LL、MIROC6在6个流域均具有较好的径流敏感性模拟效果,可适用于不同气候条件下的径流敏感性模拟与演化趋势分析。本文研究结果可为气候变化影响下中国稀缺资料流域的径流和水资源变化预估提供参考。     

多源降水数据的小流域水文模拟效用评估

小流域是研究小微尺度水文水资源系统演变规律的理想对象,是用于计算河流产水产沙的最小单元,是水文及水土流失研究与管理的最佳地域尺度。通过遥感技术,气候模式获得降水数据,并驱动分布式水文模型,模拟和预测水文过程,是流域水文水资源研究的必然趋势。以NOAA-CPC-US降水作为参照,在美国不同地区的9个小流域,评估卫星降水产品PERSIANN,PERSIANN-CDR,TRMM-3B42V7,GPM-IMERG,雷达降水StageIV以及气候模式ERA5降水产品的精度,并用这7种降水产品驱动CREST分布式水文模型,评估了7种降水产品的水文模拟效用。研究表明:各降水产品与NOAA-CPC-US降水吻合程度从高到低,依次是StageIV雷达降水,PERSIANNCDR和GPM-IMERG次之,再次是PERSIANN和ERA5,最后是TRMM-3B42V7。各降水产品在美国北部高纬度地区和西部山地等区域的小流域降水估算精度略低,在美国中部,南部,东部的小流域有较好的降水精度。在水文模拟效用评估中,设定相同率定期,分别使用7种降水产品率定CREST模型参数,得到率定参数集后,在相同验证期对流域日径...     

利用多源数据估算黑河流域总初级生产力

总初级生产力(GPP)决定了进入陆地生态系统的初始物质与能量,但由MODIS GPP产品获取的GPP在地表覆盖复杂的黑河流域却不足以准确的反映生态系统物质与能量的分布。因此,利用MODIS影像数据、ASTER GDEM数据、30 m分辨率土地利用覆被数据和中国区域地面气象要素驱动数据,驱动VPM模型模拟黑河流域2015年5～10月的总初级生产力,并据此揭示黑河流域GPP在生长季的时空格局,时间分辨率为8 d,空间分辨率为500 m。研究结果表明:VPM模型估算结果的精度高于MODIS GPP产品,判定系数增长了45.5%,总均方根误差降低了57.0%;黑河流域生长季累积GPP总体呈现出中游最高、上游其次、下游最低的显著空间分布梯度格局;全境与局部有植被覆盖区域的日GPP均呈先增加后减少倒U型变化规律,且前者在7月下旬达到最高值;植被覆盖率极低的地表区域生长季内的日GPP在基本稳定中上下波动,稳定值处于1 gC·m^-2·d^-1附近。     

基于数据同化技术的延河流域绿水模拟研究

分别利用分布式时变增益水文模型（DTVGM）和分布式耗水过程模型（DEPM）对延河流域延安水文站以上区域进行水文过程模拟,并应用拓展卡尔曼滤波(EKF)算法对2个模型的绿水(实际蒸散发)模拟结果进行同化处理,从而优化了研究区的绿水量并得出绿水的空间分布规律。结果表明：在整个模拟期,DTVGM的月尺度效率系数（NSCE）达到了0.83,水量平衡相对误差为-1.97%,模型能够较好地模拟研究区的水文过程;DEPM的水量平衡相对误差为-1.81%,能较好地模拟流域的水量平衡;DTVGM和DEPM模拟的流域2010年平均绿水量分别为378.52 mm和375.55 mm,空间分布格局相似。与站点观测值比较,DTVGM和DEPM模拟绿水的NSCE分别是0.76和0.59,DEPM的结果具有更多的空间变化信息。同化结果表明EKF算法能综合优化2个模型的模拟结果,同化后DTVGM模拟研究区的平均绿水量为376.34 mm,NSCE为0.78;同化后研究区绿水标准差为40.37 mm,比同化前增加了7.79 mm,绿水空间分布体现了更多的空间变化信息,同时,空间分布时格局也更加合理。     

融合多源数字信息的流域水系提取方法研究

由于DEM数据不包括河流、湖泊(水库)及流域边界和堤坝等信息,因此常规仅依靠DEM提取水系的方法不能反映平坦区域及受人类影响强烈区域水系的真实特征。该文建立了融合DEM、河流、湖泊水库、流域边界和堤坝等多源数字信息的流域水系提取方法,对多源信息进行栅格化,采用所提出的高程-距离函数对DEM进行校正,使得提取的数字水系与实际水系精确拟合。将该方法应用于山区太湖西苕溪流域老石坎水库及其上游集水区和平原丘陵分布区的淮河史灌河蒋家集站、梅山、鲇鱼山水库区间流域,提取的河网结构与地图信息拟合较好。     

多源降水数据在澜沧江-湄公河流域的比较研究

利用不同来源的格点降水数据和气象站点降水观测资料,对比了多个数据源的年、季平均降水量在澜沧江流域和整个流域的时间和空间变化特征.结果发现:(1)不同来源的降水数据在平均值上存在着较大差异,但其变化趋势在1979年以后都表现为上升趋势,这一点无论对于整个澜沧江-湄公河流域还是在澜沧江流域都是一致的.(2)在时间变化上,X...     

利用ASTER遥感数据反演陆面温度的算法及应用研究

陆面温度是地气交换过程的一个重要参数,在生态环境研究中应用很广。传统方法只能进行点上的观测和计算,遥感的出现则使得计算区域陆面温度成为可能。ASTER遥感数据具有较高的空间分辨率和光谱分辨率,能够提供比NOAA/AVHRR和Landsat等遥感数据更丰富的陆面信息,有助于提高反演陆面温度的精度。本文以新疆自治区阿瓦提县典型研究区域为例,根据ASTER遥感数据的特点,基于温度/比辐射率分离算法的思想,运用ADE(AlphaDerivedEmissivity)、比值法和MMD(Maximum-MinimumDiffer-ence)三个模块计算陆面温度,并简要分析了模型的主要误差来源。分析结果表明本文所采用的算法是可行的,ASTER遥感数据用于反演陆面温度可以取得比较理想的结果,具有良好的应用前景。     

我国东部季风区不同自然带年径流特征及人类活动影响的比较研究*

本文在分析我国东部季风区不同自然带年径流与气侯因子关系的基础上,揭示了径流深随纬度和经度变化的规律,并对不同自然带中人类活动对河川径流的干预强度进行了比较,指出半干旱区是人类活动对径流影响最严重的地区,在这里应加强水资源的保护并大力推行各种节水措施。     

CFSR气象数据在流域水文模拟中的适用性评价——以灞河流域为例

近年来,全球再分析气象数据已经越来越多地被运用到世界各地的水文建模中,但是其模拟的效果有很大差异。为探讨CFSR再分析数据在流域水文模拟中的适用性问题,本文以灞河流域为研究区,使用两种气象数据（传统气象数据和CFSR气象数据）构建SWAT水文模型,并从年和月尺度分别进行灞河流域2001-2012年的径流模拟,利用回归分析、纳什效率系数NSE和百分比偏差PBIAS等评价方法对两种数据的模拟效果进行对比。最后,提出了CFSR气象数据订正的方法。结果表明：① CFSR气象数据在灞河流域水文模拟中有一定的适用性,模拟结果的拟合优度R²>0.50,NSE>0.33,|PBIAS|<14.8,纳什效率系数NSE偏低。尽管CFSR气象数据质量存在一定问题,但是经过降雨数据订正后能够取得比较满意的模拟效果。② CFSR气象数据模拟流量比实测流量偏高,这主要是由于CFSR逐日降水数据估算的降雨天数较多、雨强较大,一般会导致该数据在水量平衡方面能够模拟出较高的基流和洪峰流量（个别年份除外）。③ 灞河流域CFSR降水数据（x）与实测降水数据（y）之间的关系大致可用幂指数方程表达：y = 1.4789x^0.8875（R² = 0.98,P<0.001）,每个CFSR站点的拟合方程略微不同,此方程为CFSR降水数据的订正提供了理论基础。     

中国典型季风海洋性冰川区"冰川-径流"系统的全球变化敏感性研究

分析多种数据和资料,再现海螺沟冰川过去100年来的冰川进退过程,分析发现,冰川末端变化阶段在滞后期的基础上,与北半球和中国气温变化的阶段相对应。运用水量-物质平衡法恢复海螺沟冰川45年来的物质平衡变化情况,通过相关性检验发现,物质平衡变化与北半球和中国同期(1960~2004年)气温变化表现出显著负相关。20世纪80年代全球加速变暖,海螺沟冰川冰舌段消融速率为7.86 m/a,冰川河径流量年际和季节变化表明流量主要贡献者是冰雪融水。分析表明,全球变暖是冰川后退、持续亏损及径流量增加的主要原因。     

中国水文地理研究的回顾与展望

1949年以来中国水文地理研究经历了4个重要的发展阶段,分别为河流水文主导时期、区域水文与实验水文快速发展时期、水资源与水环境主导时期和水系统综合与学科交叉融合研究时期。中国水文地理研究在河流水文与水文区划、水文实验与水文分析、水循环机理与水文模型、水系统和社会经济综合研究等方面取得了系列原创性成果。本文梳理了水文地理学不同发展阶段的研究特点,以在学科发展和服务国家等方面起到重要作用的科研工作和系列成果为例,回顾中国水文地理研究的历程,希望以此启发当代水文地理学研究,促进水文地理青年学者的成长。     

多源数据融合的中国滑雪场空间活力评价研究

随着北京2022年冬奥会及冬残奥会的成功举办,“三亿人参与冰雪运动”成为现实,有效带动了中国滑雪场建设和发展。后冬奥时代,如何推动中国滑雪场从量升到质变成为重要议题。为有效回答从“量”到“质”转变的问题,需针对滑雪场构建科学合理的综合评价体系。基于空间活力概念,从场所、活动和人的交互联系出发,提出滑雪场吸引力、滑雪活动活跃度和滑雪者体验感3项测度指标,采用层次分析法和熵权法构建复合视角下的滑雪场空间活力评价体系和框架;利用统计、位置、客流、用户评分等多源数据,通过时间序列波动率模型、核密度分析、可达性计算模型和信息熵等方法分析中国滑雪场空间活力特征。结果表明：(1)中国滑雪场吸引力、滑雪活动活跃度、滑雪者体验感空间分异特征明显,分别呈现京冀和广东省“双核”引领、北高南低、东高西低的分布特征;(2)中国滑雪场空间活力呈高值集聚,低值分散的空间分异特征,其中高活力滑雪场主要集中在北京-张家口、吉林省、新疆阿勒泰三大区域,而低活力滑雪场呈全国分散性分布;(3)中国滑雪场平均空间活力位列前五的省/直辖市为北京市、河北省、广东省、吉林省和辽宁省,而江苏省、安徽省、江西省、浙江省和湖北省的滑雪场平...     

基于GRACE卫星和GLDAS系统的地下水水位估算模型——以和田地区克里雅河流域为例

地球重力场的变化是导致陆地水储量变化的重要因素之一,利用GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力场恢复与气候实验重力卫星数据,结合GLDAS(Global Land Data Assimilation Systems)全球陆面数据同化系统和实测地下水位数据,反演和田地区克里雅河流域11年间四季和田地区的陆地水储量动态变化,模拟计算地下水等效水高变化趋势,构建了地下水水位估算模型。研究结果表明：和田地区春、夏两季的陆地水储量呈现出增加趋势,而秋、冬两季出现亏损状态;GRACE地球重力卫星所反演的陆地水储量比GLDAS同化系统所模拟的水资源变化更为剧烈,但2类数据的动态变化拟合度很高;GLDAS水资源等效水高二阶微分、GLDAS水资源变化倒数一阶微分、GRACE陆地水储量变化倒数变化、地下水储量变化一阶微分的敏感程度最高,构建的多元逐步回归模型明显优于线性函数,且水位深度越浅,该估算模型的适用性越高。     

基于多源数据的中国地形海拔分级指标调整研究

使用SRTM DEM、土地覆被、冻融侵蚀、河流沟谷等多源数据,对区分海拔等级的指标地物作了具体分析,以指标地物的平均海拔为依据,通过分级指标对象(如冰川、林线)分布高程重合或贴近的多条等高线圈形成分级等高平面,对陆地地貌进行切割划分,用每组指标对象偏离等高平面的值作为控制量(控制点),插值重构分级参考曲面。该方案最大限度突出指标的地理意义,形成的海拔分级结果与中国地理系统分布特征更为贴近,可以为中国大尺度地貌基本形态的划分提供参考。     

基于DEM的分布式水文模型在大尺度流域应用研究

本文选取空间大尺度黄河河源区流域为研究对象,利用分布式水文模型进行径流量模拟,采用1976～1985年唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行参数率定,确定模型的基本参数,得到了较好的模拟效果。模拟结果表明气候变化是引起黄河河源区径流变化的主要原因。在80～90年代的20年间,黄河河源区由气候变化引起径流减少62.11亿m3,占径流变化总量的108.72%,由土地覆被变化引起径流增加5.73亿m3,增加量占径流变化总量的10.03%。     

干旱区降雨、融雪混合补给下的径流模拟研究——以博尔塔拉河上游流域为例北大核心CSCD

降雨和高山融雪是博尔塔拉河河源区重要的产流方式,以博尔塔拉河上游流域为例,综合分析流域近50 a气温、降水和径流变化趋势,引入度日模型,探索干旱区降雨和融雪混合补给径流下SCS-CN模型应用方法。为提高模型模拟精度,采用国产"高分一号"卫星数据,结合RS/GIS平台,为SCS模型参数计算提供大尺度高精度基础数据。利用流域2013-2014年实测降水数据,开展径流模拟,结果表明:修正后降水量参数可满足模型降水量的边界条件;SCS模型模拟值与实测值参数率定期和检验期相对误差系数RE分别为7.3%、12.8%,表明该方法在博尔塔拉河上游具有适用性。