起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模拟

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律。结果表明:受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡)     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模式

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律.结果表明受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡).     

贵州高原复杂地形下太阳总辐射精细空间分布

海拔、坡度、坡向以及周围地形遮蔽作用,造成山区各部位接受到的太阳辐射能有很大差异. 在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳总辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性及坡地反射辐射对复杂地形下太阳总辐射的影响.应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下100 m×100 m分辨率的复杂地形下太阳总辐射.结果表明:(1) 局地地形因子如坡度、坡向、地形遮蔽等对太阳总辐射影响显著,地形对复杂地形下太阳总辐射的影响是不容忽视的.(2)在缺乏复杂地形下坡面考察资料的情况下,建立以常规气象站观测资料为主的物理经验统计模型是实现细网格辐射资源计算的可行途径.     

基于LM-BP神经网络的西北地区太阳辐射时空变化研究

定量模拟太阳辐射对认识西北地区气候变化至关重要,但西北地区辐射站点稀少,而气象站点较多,利用众多的气象站点观测值模拟太阳辐射是获得太阳辐射数据很好的方法之一。利用LM (Levenberg-Marquardt) 算法对普通的BP神经网络进行优化（优化后的BP神经网络简称LM-BP神经网络）模拟太阳辐射,通过与传统气候模型模拟的太阳辐射结果对比发现,LM-BP神经网络模型的模拟精度最高,模拟值与实测值的拟合程度明显优于H-S模型和A-P模型。由此利用西北地区159个气象站点的气象数据和LM-BP神经网络模型模拟了1990~2012年这些气象站点的太阳总辐射月总量,将LM-BP神经网络模拟的气象站点的太阳辐射和25个辐射观测站的实测太阳辐射数据相结合,通过空间插值得到了西北地区太阳总辐射的空间分布,并分析了其时空分布及变化特征。研究结果发现西北地区1990~2012年的年均总辐射月总量变化为262~643 βMJ/m²,呈现“中间高,两端低”的空间分布特征。LM-BP神经网络模型的模拟精度高,是一种很有发展前景的辐射模拟方法,可将其应用在无辐射观测地区的太阳辐射模拟中。     

福建省区域尺度太阳总辐射模拟估算研究

比较了3种以常规地面气象资料为基础估算太阳总辐射的气候学估算模型(晴天辐射模型、天文辐射模型和MTCLIM气候模型),并以2004年福建省仅有的福州站和建瓯站太阳总辐射实测值进行验证.研究结果表明:以晴天总辐射为基值计算太阳总辐射估算模型的精度最高,运用该模型在ARCGIS支持下对福建省太阳总辐射进行空间插值,拟合了福建省区域尺度太阳总辐射月总量和年总量的空间分布,为省区域尺度生态系统碳循环模型,水文模型及植被净第一性生产力的估算研究提供了重要的空间表达参数.     

福建省区域尺度太阳总辐射模拟估算研究

比较了3种以常规地面气象资料为基础估算太阳总辐射的气候学估算模型(晴天辐射模型、天文辐射模型和MTCLIM气候模型),并以2004年福建省仅有的福州站和建瓯站太阳总辐射实测值进行验证.研究结果表明:以晴天总辐射为基值计算太阳总辐射估算模型的精度最高,运用该模型在ARCGIS支持下对福建省太阳总辐射进行空间插值,拟合了福建省区域尺度太阳总辐射月总量和年总量的空间分布,为省区域尺度生态系统碳循环模型,水文模型及植被净第一性生产力的估算研究提供了重要的空间表达参数.     

贵州高原复杂地形下月平均日最高气温分布式模拟

在前人研究的基础上,对以前的模型进行改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,建立以天文辐射为起始数据的复杂地形下月平均日最高气温的分布式模型,在模型中考虑了海拔高度、复杂地形下太阳总辐射、日照百分率对月平均日最高气温的影响.以贵州高原为例.应用100m×100m分辨率的DEM数据.1960-2000年贵州省及周边102个气象站常规气象要素观测资料以及NOAA-AVHRR观测资料,10个气象站的太阳辐射量资料,计算了贵州高原各月及年平均日最高气温精细空间分布.结果表明:(1)坡度、坡向、地形遮蔽对月平均日最高气温的影响较大,由于局地地形因子的影响,复杂地形下月平均日最高气温的空间分布具有明显的地域分布特征,局地地形对月平均日最高气温的影响是不容忽视的.(2)季节不同,局地地形因子对复杂地形下月平均日最高气温空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年.月平均日最高气温随海拔高度的增加而降低.南坡随坡度的增大而升高:北坡随坡度的增大而降低.在坡向影响上,1-5月、10-12月偏北坡月平均日最高气温偏低,偏南坡月平均日最高气温偏高;7-8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况.北坡高于南坡.     

基于DEM的黄河流域天文辐射空间分布

基于1 km×1 km分辨率的数字高程模型(DEM) 数据,利用建立的起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了黄河流域1 km×1 km分辨率各月天文辐射的空间分布。结果表明:局部地形对黄河流域年和四季天文辐射的空间分布影响明显;在太阳高度角较低的冬季,地理和地形因子对天文辐射的影响相当强烈,山区天文辐射的空间差异大,1月份向阳山坡(偏南坡) 天文辐射可为背阴山坡(偏北坡) 的2~3倍,极端天文辐射的差异可达10倍以上;而在太阳高度角较高的夏季,天文辐射空间差异较小,7月份不同地形极端天文辐射的差异仅在16%左右;四季中,地形对天文辐射影响的程度为冬季>秋季>春季>夏季。     

复杂地形下长江流域太阳总辐射的分布式模拟

利用长江流域气象站1960-2005年的观测资料(包括常规气象站点资料和辐射站点资料)、NOAA-AVHRR遥感数据(反演地表反照率),以1km×1km的数字高程模型(DEM)反映地形状况的主要数据,通过基于DEM数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,分别建立了长江流域太阳直接辐射、散射辐射和地形反射辐射分布式模型,实现了长江流域太阳总辐射模拟,并对总辐射模拟结果进行了时空分布规律分析和对其受季节、纬度、地形因子(高度、坡度和坡向等)影响的局部规律分析,以及模拟结果的误差分析和站点验证分析。结果显示:太阳总辐射在季节上受影响的程度依次是春季>冬季>夏季>秋季;随着高度、坡度、纬度的增加,太阳总辐射受坡向影响的程度呈增强趋势,从坡向上看,向阳山坡(偏南坡)对太阳总辐射量明显高于背阴坡(偏北坡)。模拟的平均绝对误差为13.04177MJm^-2,相对误差平均值3.655%,用站点验证方法显示:模拟绝对误差为22.667MJm^-2,相对误差为4.867%。     

定量遥感地表净辐射通量所需大气下行长波辐射估算模型改进

利用半湿润季风气候类型夏季近地层气象观测资料,对得到广泛应用的十种晴天大气下行辐射估算模型和两种昙天大气下行辐射估算模型进行检验。指出其中Iziomon(2003)晴天大气下行辐射估算模型是半湿润季风气候类型夏季较适用的估算模型。然而,在有云天空,Iziomon(2003)昙天估算模型误差比较大。本文依据实测资料,对Iziomon(2003)昙天大气下行辐射估算模型进行修正,修正后的模型估算值与实测值非常接近。由于应用常规气象站的大气温湿度来估算大气下行辐射仅代表近地层大气对其的贡献,不能反映整层大气的贡献,尤其在近地层与高空大气的水汽状况不一致时,上述模型将有较大的误差。为此本文结合Iziomon(2003)晴天模型中大气比辐射率的表达式,提出了运用红外辐射计以37°高度角对天空的观测值,来推算大气下行辐射的新方法。小汤山的试验数据表明,新模型的反演精度优于上述传统模型。     

黄河流域水循环研究的进展和展望

总结了黄河流域水循环研究的进展,指出缺乏立足于水循环整体的机理过程的探讨及缺乏较成熟的流域水文模型是已有研究的不足。为能更好地模拟水文过程对各种作用力的响应,今后研究的方向将是建立既考虑垂向水分和能量传输(如降水,蒸发,感热),又考虑水平向的地表水分运动(汇流)和地下水基流过程的黄河流域的分布式水文模型。模型将结合遥感信息与地面资料,建立与区域大气环流模式(GCM)的接口,辅之以野外生态试验小区、径流试验场和室内试验的资料,以深入探索黄河流域水循环动力学机制     

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模拟

1 Introduction Directsolarradiation (DSR)isthe key com ponentofthe globalradiation reaching the Earth.For the influence of terrain factors,calculation of DSR quantity of rugged terrain is considerably com plex (Oliphantetal.,2003). The solarradiation quan…     

黄河流域水蚀区土壤侵蚀空间尺度效应分析

以黄河、延河、杏子河、纸坊沟四级流域尺度为例,应用信息熵原理分析了各级流域尺度上土壤水力侵蚀与 其影响因子之间的空间相关性,通过比较各因子在不同空间尺度上与土壤侵蚀的相关性,定量分析了土壤侵蚀过 程的空间尺度效应。分析结果给出了降雨、地形、土质、植被等因子在不同流域尺度上对土壤侵蚀的影响大小,以及 每个尺度上各影响因子重要性的主次顺序。总体而言,随着流域空间尺度的增大,各因子对土壤侵蚀的影响具有放 大或缩小效应,影响因素的主次顺序随之易位,其中微观因子的控制作用有所减小,而宏观因子的控制作用则逐渐 突显。本文建立的流域土壤侵蚀空间尺度效应的定量分析方法和分析结果有助于解决当前土壤侵蚀评估模型普遍 存在的尺度转化和区域通用性问题。     

Soil erosion assessment based on minimum polygons in the Yellow River basin, China

In the previous studies, a method was developed to assess soil erosion based on land use information. In this paper, we present another approach that uses environmental data to assess soil erosion. A soil erosion characteristic index EI is proposed, and its value is derived using the Analytic Hierarchy Process (AHP) technique based on standardized environmental information stored in minimum polygons that tile the erodible area under consideration. The approach is applied to a case study of the Yellow River basin, north China, where serious erosion is occurring. To represent different grades of soil erosion, the range of EI is divided into six levels according to standard grades of soil erosion intensity. The application indicates that the method deals properly with data scarcity, with the results giving a satisfactory representation of the characteristics of soil erosion in the Yellow River basin. The spatial–temporal distribution of EI in the Yellow River basin is predicted, and the results interpreted to give the long-term trend and state of soil depletion. Comparisons are given between EI and surveyed soil erosion zoning maps for the Yellow River basin at the end of the 1980s and 1990s. The output reliability and the approach applicability in smaller spatial scales are investigated in a case study of Zhifanggou basin.     

黄河流域城市群产业高质量发展时空格局演变研究

以黄河流域城市群为研究空间单元,通过文献梳理识别流域产业高质量发展内涵,构建产业高质量发展评价指标体系,分析黄河流域城市群产业高质量发展的时空过程。研究结果显示：自2000年以来,黄河流域城市群产业高质量发展水平整体呈上升状态,并且由初始相对均衡转为东中西阶梯状递减的流域分异特征。产业各维度发展指数呈现不同的空间特征。产业活力、创新效率方面,上、中、下游分异明显;各城市群面临不同的产业结构性问题;上中游城市群产业空间联系不足,与中下游城市群差距在扩大;各城市群产业发展带来的生态环境压力趋于加重,黄河流域中游城市群成为环境污染的高值区。     

1998—2012年黄河流域植被覆盖变化时空分析

利用黄河流域1998—2012年SPOT-NDVI数据及同期119个气象站的降水数据,计算每个像元的NDVI变化趋势,并结合植被降水利用效率来分析近15年来黄河流域植被覆盖的时空变化特征。结果表明：（1） 多年平均的植被指数有明显的空间差异性,随着纬度的增加,NDVI平均值呈降低趋势;（2） 从时间序列来看,黄河流域的植被覆盖呈逐年增加趋势,其中黄河上游NDVI值增长最为缓慢,中游保持稳定增长,下游增长最快;（3） 近15年来黄河流域植被覆盖的改善区域面积大于退化区域,植被恢复明显。最后,结合NDVI变化趋势和植被降水利用效率对上述结果进行了验证。     

黄河流域景观破碎化对土壤保持服务影响研究

基于2000年、2005年、2010年和2015年土地利用现状遥感监测数据,分别采用景观格局指数和当量因子法测度了黄河流域多尺度景观破碎化和土壤保持服务的时空特征,并且综合运用热点分析工具、普通最小二乘法和空间回归分析模型,探索了2000—2015年黄河流域多尺度土壤保持服务时空演变特征及景观破碎化对土壤保持服务的影响机制。结果如下：① 黄河流域土壤保持服务低值区主要集中分布在黄河流域上游青海-甘肃-宁夏-陕西-内蒙古沿线地区以及流域下游河南和山东,另外省会城市以及周边地区同样是土壤保持服务低值区,土壤保持服务具有显著的尺度依赖性;② 研究期间黄河流域土壤保持服务变化的热点区域主要分布在流域上游黄土高原地区,冷点区域主要分布在黄土高原的周边地区,不同尺度下土壤保持服务变化冷热点差异显著;③ 回归结果显示,经济社会因子与土壤保持服务具有显著的负相关;自然本底因子中海拔和林地面积比重与土壤保持服务具有显著的正相关;景观破碎化指数对土壤保持服务的影响差异性显著。未来黄河流域不同分区土壤保持和土地利用政策的制定不仅需要考虑自然本底和经济社会驱动因子,还应考虑多尺度景观格局破碎化以及空间溢出效应,跨区域协同治理对于黄河流域土地利用政策制定和生态系统保护具有重要现实意义。     

近50 a来黄河上游水循环要素变化分析

 根据水文、气象台站观测资料,分析了黄河上游有器测资料几十年来降水、温度、径流等水循环素的变化过程与特征。结果显示,温度近几十年来流域各个地方有着不同程度的上升,与全球变暖有着明显的对应关系;而随着气温的上升,蒸发和下渗呈增加的趋势。降水变化的区域性特征十分明显,降水量的增减随地理位置不同而差异较大。受主要产流区域降水减少,气温上升的影响,黄河上游产水量呈持续递减的态势。在上述分析基础上,利用全球气候模式(GCMs)与统计模式对未来流域降水和径流的可能变化进行了预测。结果表明,未来30 a里,随着温度将进一步上升,降水量将比目前有明显增加,黄河上游的径流量将随降水量的增加而进入一个相对丰水的时期。