黑河春末初夏径流量与气象要素的关系

本文利用莺落峡水文站的水文资料和祁连气象站的气象资料,分析了春末初夏黑河流量与气象要素的关系。发现4月份流量主要取决于前期降雪、积雪量,其次是当月的气温高低;5,6月流量主要取决于5,6月降水量,其次是前期降雪、积雪量和5月份气温高低。这项工作的目的是为流量预报提供依据。     

长江宜昌站汛期径流变异的天气气候学研究

用1881—1987年长江宜昌站月平均流量资料,研究长江上游汛期径流长期变化特征,讨论其与太阳活动、厄尔尼诺事件的关系,并用1951—1987年资料,研究径流丰、枯年份汛期500百帕、100百帕环流的差异,计算分析宜昌站7—9月平均流量与前期环流和海温场的相关联系。所发现的若干有意义的事实,可供汛期流量长期展望参考。     

黑河上游径流对极端气候变化的响应研究

为深入认知黑河上游径流变化与极端气温、极端降水指数间的关联机制,使用1960-2014年黑河上游祁连、托勒、野牛沟3个气象站点的逐日气温、降水资料和莺落峡水文站逐日径流量资料,通过趋势分析、相关分析、多元回归分析和主成分分析等方法,分析黑河上游极端气候指数和极端水文事件的变化趋势、极端气候指数与径流的相关关系以及径流对降水的滞后效应。结果表明:(1)黑河上游表征低温的极端气温指数呈下降趋势,表征高温的气温指数呈上升趋势。极端降水指数呈小幅增加趋势。年极端洪水总量呈增加趋势,极端枯水呈显著减少趋势,与黑河上游径流总量增加的变化趋势一致。(2)极端降水指数与极端洪水总量的相关性显著,说明黑河上游极端降水是影响极端洪水总量的主要因素。(3)洪水对祁连站降水量的响应存在1～2天的滞后期,初步分析得出黑河上游降水量的时间和空间差异以及东、西支河流河网密度的差异是产生滞后性响应的主导因子。     

三峡库区降水—径流关系及径流量预报模型研究

利用2000—2007年长江上游各分流域面雨量实测资料、雷达遥测面雨量资料以及各水文站的历史资料,对流域降水量、洪水传播时间、径流数据以及基流值进行了针对性处理;通过单日产流Pa+P—R(降水量加前期影响雨量—径流)分析和场次洪水总量Crr—P(a径流系数—前期影响雨量)分析,结合各分流域拟合效果及检验,研究了三峡库区降水—径流关系,证明采用雷达遥测的降水数据作为降水量输入来预报各分流域未来时段内产流量是最佳选择,由此建立了三峡库区径流量的预报模型。     

黑河流域气候特征及面雨量分析

文中分析了黑河的流域概况及流域面雨量的时空分布和年际变化 ,较为全面地揭示了整个流域面的气候特征 ;同时对黑河径流量的年内分配及其与流域面雨量的关系作了初步探讨 ,为进一步研究流域面降水的预报方法打下了基础。     

气候变化及人类活动对西北干旱区水资源影响研究综述

本文回顾了西北干旱区气候变化事实及其对水资源影响的最新研究进展,从气候变化和人类活动两个角度综述了水资源变化的原因,以及未来西北干旱区水资源变化与适应对策。研究表明：1961年以来西北干旱区呈现明显暖湿化趋势,其中冬季增温最快,夏季降水增加速率最大。伊利河谷、塔城等地区增温趋势最大,北疆降水量增加最多。受气候变暖导致冰雪快速消融和山区降水增加的影响,西北干旱区西部河流黑河、疏勒河、塔里木河出山口径流量显著增加。由于东部河流石羊河径流的补给主要靠降水,降水的减少导致径流呈现下降趋势。不合理人类活动造成石羊河、黑河和开都河中下游径流减少。本文提出了西北干旱区亟待深入研究的任务：极端天气气候事件的变化规律及其对水资源影响;未来气候变化和水资源的预估;气候变化归因研究;气候变化-社会经济活动一体化适应策略选择;水资源科学合理定量分配等。     

夏季青藏高原地面热源对黄河上游流量及径流的影响

根据夏季青藏高原热源变化与黄河上游流量密切相关的统计事实,用一个大气环流模式（GCM）进行了夏季青藏高原热源强度变化对径流影响的数值试验。结果表明,高原热源减弱则径流减少,流量也随之下降。可见,夏季高原热源变化是导致高原地区乃至黄河上游流量变化的重要原因之一。     

张掖水资源及其评价

综合气象、水文、水利部门资料,对张掖地区水资源量,地表径流的补给源、补给形式、补给量以及黑河径流变化趋势作了分析。其中,人均占有自产水资源量高于全国和全省水平,可谓水资源丰富地区之一。但地表水径流受大气降水制约,在作物生长关键季节的4—6月份来水量少,形成卡脖子旱,因而可利用水资源并不丰富。根据国民经济发展规划,到2000年缺水量占总需水量的26.4%,因此,科学地开发利用水资源和保护祁连山水源涵养林工作至关重要。     

黑河流量和祁连山气候的年代际变化

利用黑河上游莺落峡水文站流量资料和选自祁连山区2280～3360m高度处的7个气象观测站平均的历年各月标准化降水量、气温序列,分析了1944～2000年期间黑河流量与祁连山区自然气候的年代际变化。结果表明：20世纪80年代的流量是过去57年中最大的10年,90年代有所减小,但主要表现在夏、秋季,而冬、春季仍然保持高流量。祁连山区气候演变存在非常明显的季节变化、年际变化和年代际变化。自70年代以来,除夏季降水量呈上升趋势外,秋、冬、春三季均表现出明显的变干。尤其是秋、冬两季;自80年代以来,祁连山区气候明显变暖,各季气温显著升高,尤以秋、冬两季升温最快。这可能是冬季黑河流量显著增加,祁连山雪线上升的主要原因。综合分析表明,黑河流量的增加取决于两个方面：一是夏季降水量的增加,二是冬季气候的明显变暖。     

基于CMADS驱动SWAT模型的富春江水库控制流域水量平衡模拟

以富春江水库控制流域为研究区域,利用中国大气同化驱动数据集（CMADS V1.1）驱动SWAT水文模型,对富春江水库控制流域进行了逐日径流模拟,探讨了流域2008-2016年径流变化及水量平衡过程。结果表明：CMADS V1.1数据集驱动SWAT模型对研究区域的径流变化具有较好的模拟效果,在验证期,逐日模拟的效率系数大于0.70,决定系数大于0.75,达到了模型评价标准。在流域水量平衡各项中,地表径流和蒸散发为主要的输出项,分别占降水量的57.2%和36.2%,其中蒸散发量年际变化较为平稳。降水量、地表径流量、土壤对地下水补给、地下侧流量、蒸散发量最大值均出现在6月,最小值均出现在1月。流域径流量以地表径流为主,其在各个月份与月降水变化趋势基本一致。而基流量较小,且各月基流量对降水量的响应并不显著。     

甘肃省河西内陆河流量长期变化特征

利用甘肃省河西地区3条主要内陆河石羊河、黑河、疏勒河40余年的流量资料以及河西走廊地区和祁连山区气象资料对河西地区内陆河流量的长期变化特征进行了分析,并对所获结果进行了讨论,得到一些有意义的结论.     

黑河流域土壤参数修正及其对大气要素模拟的影响

根据Cosby等1984年总结的土壤特征参数计算方法和基于黑河流域53个土壤剖面数据,得到对应于美国农业土壤分类标准的黑河流域6类土壤的平均粘、砂含量,计算了黑河流域各类土壤的特征参数,分别采用Cosby等计算的土壤参数以及黑河土壤剖面数据计算的土壤参数,运用耦合了NOAH陆面过程模型的大气中尺度模式(Mesoscale Model version 5,MM5)模拟土壤参数变化对黑河流域中上游大气要素模拟的影响。结果显示:b参数和饱和导水率改变对局地能量变化影响很大,饱和土壤水势以及孔隙度对局地水分传输变化影响较大。特征参数变化引起的温度场变化位于砂质土壤和粉壤土覆盖范围,而湿度相关要素场变化则主要位于中游绿洲粉壤土、粉土覆盖区。通过与观测值的比较发现,除阿拉善右旗外,使用Heihe数组土壤参数后模拟的气温、湿度及风场都有一定改进。     

黑河流域生态环境气象卫星遥感监测研究

根据甘肃降水资料和农业气象资料得出1989年和1998年为相似年景，利用1989年和1998年NOAA气象卫星AVHRR晴空资料，判识出黑河流域植被，积雪和水体，并根据相应的计算方法得出植被指数，积雪面积和水体面积，对10年来黑河上游地区的植被和积雪，中游地区绿洲植被和下游地区植被和湖泊变化进行分析。结果表明，10年来黑河上游和下游地区植被在退化，中游地区绿洲面积增加，植被指数增高；1989年与1998年黑河上游山区积雪面积变化特征一致，但1998积雪融化明显快于1989年；下游湖泊面积1998年较1989年严重退缩。     

黑河实验区1987—1988年度宏观水平衡的初步研究

本文首先主要按水分条件对实验区内的土地进行了分类,然后又对1987—1988年度实验区的绿洲部分进行宏观的水平衡分析。分析表明,在张掖、临泽及高台绿洲带内年总散发量为585.3mm,接近于北京地区年降水量为625mm的生态环境。在该绿洲带内灌耕地的净耗水量平均为358.3m~3/亩,可作为绿洲地区合理用水的参考标准。     

21世纪黑河流域降水统计降尺度及预估北大核心CSCD

借助第五阶段国际耦合模式比较计划(CMIP5)多模式集合数据、欧洲中期预报中心再分析资料及黑河流域站点观测记录等,检验了模式降水估计偏差,设计了3种降尺度方法,对2011~2100年模式集合预估降水做了降尺度偏差订正。结果表明,即使去掉模式气候飘移,在黑河流域的模拟或估计降水偏差依然较大。本文选用15个CMIP5模式集合做降水预估。依据贝叶斯模式平均(BMA)和多元线性回归(MLR)构造降尺度模型,其因子有700 hPa位势高度场、经向风和比湿等。检验表明,两种降尺度模型各有优缺点,BMA降尺度降水平均值精度较高,但方差和相关系数较低;MLR的方差和相关系数均较高,但在黑河下游极端干旱区或少雨季节易出现“负降水”偏差。在降尺度模型中加入模式降水因子后,BMA的降水方差和相关系数均有明显提高,MLR的负降水问题得到一定程度抑制。BMA模型在黑河上游最优,MLR在中、下游及整个流域最优。因此,选用BMA和MLR对RCP4.5情景下2011~2100年的降水预估做降尺度偏差订正,结果表明,经BMA和MLR降尺度后预估的整个黑河流域降水呈下降趋势,相对于1971~2000年参考期,流域前期(2011~2040年)、中期(2041~2070年)、后期(2071~2100年)降水下降率依次为−9.7%、−12.5、−12.1%,即前、中期降水明显减少,后期变化不大。其中上游降水有一个弱的增加趋势,其变化率依次为1.4%、1.6%、2.3%;中游降水呈明显减少趋势,其变化率依次为−16.3%、−21.4%、−22.6%;下游降水前期减少,中、后期明显增加,其变化率依次为−13.0%、4.2%、21.4%。该预估结果表明,随着全球气候暖化,黑河上游祁连山区降水会缓慢增加,但中游农耕区降水明显减少,流域水资源供需矛盾可能会进一步加剧。因此,黑河流域未来的分水方案及相关的生态、农业、经济等发展规划需要据此做一些调整,以适应未来气候和黑河流域水资源的可能变化。     

黑河绿洲区不均匀下垫面大气边界层结构的大涡模拟研究

采用RAMS模式中大涡模拟的方法,加入高分辨率的植被和土壤资料,模拟了黑河（张掖地区）不均匀下垫面条件下大气边界层演变过程。分析了模拟的地表通量、边界层的平均结构和湍流二阶量,并用黑河试验的观测资料检验了模式的模拟性能。结果表明,模拟的平均结构较好地展现了不均匀下垫面条件下边界层内从稳定层结到混合层发展,夹卷层形成,底层逆温层出现,混合层过渡到残留层等的演变过程,呈现出了从初始的稳定边界层发展到对流边界层,最后又形成夜问稳定边界层的日变化规律。湍流二阶量的分析显示,在非均匀下垫面条件下边界层内湍流二阶量的垂直分布与边界层的发展相对应,白天湍流二阶量出现两个峰值,分别位于近地层和混合层顶。与观测资料和现有研究的对比表明,RAMS中陆面模块（LEAF）地表参数不能较好地反映黑河地区的植被特征,模拟的白天地表感热和潜热通量偏小,气温白天偏低、夜间偏高,相对湿度也有偏差。     

黑河流域植被覆盖度计算及其影响的中尺度模拟

运用基于遥感的中国西北土地覆盖动态监测系统(NOAA AVHRR Processing Chain,NOAA-Chain)预处理系统对改进的甚高分辨率扫描辐射仪(AVHRR)影像资料进行处理得到的归一化植被指数(NDVI),基于像元二分原理得到2002年黑河流域植被覆盖度分布,将其与Gutman 1998年所作全球植被覆盖度数据在黑河流域范围进行了对比分析,发现2002年黑河流域中上游植被整体呈退化趋势,主要绿洲区植被覆盖度增大。分别将这两套植被覆盖度数据引入中尺度大气模式MM5中进行黑河流域中上游气候模拟。通过与气温观测值的比较,发现用黑河流域植被覆盖度数据模拟的气温偏差小于用全球植被覆盖度的模拟结果;植被分布与潜热通量分布的空间相关性最好;植被覆盖度变化对局地温度场变化影响很大。     

复杂地形下黑河流域的太阳辐射计算

基于数字高程模型(DEM)数据,在充分考虑了地形因子对太阳直接辐射和散射辐射的影响后,实际计算了起伏地形下黑河流域的太阳辐射。在忽略地表和大气之间的多次反射后,地表太阳总辐射计为三项:按起伏坡面上实际入射角考虑的太阳直接辐射、经过下垫面天空视角因子订正的坡面天空散射辐射和考虑周围地形反射效应的附加辐射。计算结果表明:局地地形起伏对太阳直接辐射、总辐射空间分布的影响非常强烈,使得复杂地形下不同坡向间总辐射和直接辐射平均计算差额十分显著,且太阳天顶角从较小增大至中等大小时,这两种平均计算差额均加大一倍多;在较小和中等大小太阳天顶角下,不同坡向间总辐射平均计算差额,均较相同条件下直接辐射平均计算差额为小,这是因为总辐射还包括了天空漫射和邻近地形反射辐射因子,这两个因子和坡面上太阳入射方位的变化共同影响地表入射太阳辐射;起伏地形主要使得太阳辐射在局地区域内背阴、向阳坡向间发生显著的重新分配。因此,在复杂地形地区进行太阳辐射计算时必须考虑地形的影响。     

基于分位数映射法的黑河上游气候模式降水误差订正

区域气候模式降水弥补了高寒山区气象站点稀少的缺陷,是水文模拟的重要驱动变量。然而,高寒山区模式输出降水的总量和频率都存在较大不确定性。因此,改进了用于降水频率纠正的分位数映射法(Quantile Mapping,QM),对中尺度数值预报模式(Weather Research and Forecasting model,WRF)模拟的黑河上游日降水输出数据进行误差订正。选取第95分位和第98分位降水量为阈值,选择2004-2009年为建模时段,2010-2013年为验证时段,使用分段拟合的方法建立传递函数,侧重于对极端降水进行单独订正。研究结果表明:该方法不仅对降水空间分布有明显的改善,对极端降水也有很好的订正效果。订正前模式模拟日降水与台站之间的均方根误差为3.41 mm·d^-1,绝对偏差为115.67 mm·y^-1,订正后均方根误差减少为3.11 mm·d^-1,绝对偏差有明显改善,为60.3 mm·y^-1。订正后流域内年降水空间分布更加合理,年降水量也更接近于观测降水插值结果,其空间相关系数由0.74改善为0.94。春、夏季订正效果优于秋、冬季,其中夏季订正效果较为明显,订正前降水偏差百分比在-0.1~0.1以内的区域面积仅占流域总面积的28%,而订正后占比增加至66%。同时,该方法对极端降水有较好的订正效果,减小了日降水强度(SDII)和极强降水量(R99p)的模拟偏差,订正后的第95分位模拟降水与观测降水插值的相关系数由0.15提高到0.48。本研究为站点稀少的黑河上游提供了一种更有效的误差订正方案,有利于为寒区水文研究获取更精确的降水数据。