气候模拟数据的订正与应用——以北京为例

为了消除气候模拟数据中气候平均值和气候变率的漂移,发展了一种新的数据订正方案。应用该方案对IPCC提供的B2情景下北京未来100 a气候预估值进行了订正试验,证实了方案的可用性。在此基础上分析了北京未来气候变化特征,结果表明：21世纪北京气温将继续上升,升温速率约为0.31℃/10 a,最低、最高气温的非对称变化仍将持续;未来北京年降水量呈微弱下降趋势,下降速率约为1.03 mm/10 a。     

不同降水卫星数据反演降水量精度评价——以雅鲁藏布江流域为例

利用多种定量指标和分类指标,评估PERSIANN-CDR(Precipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Netw orks-Climate Data Record)和TRM M 3B42 V7 (Tropical Rainfall M easuring M ission 3B42 V7)两种降水卫星产品在雅鲁藏布江流域的反演精度,并首次在雅鲁藏布江流域使用降水量体积分类指标对卫星数据的适用性进行评价。结果表明:(1)降水卫星数据的偏差主要表现在微量和重度降水的偏差上,两种降水卫星数据总是高估了弱降水,低估了强降水,PERSIANN降水卫星要比TRM M降水卫星对降水数据偏离程度小;(2) PERSIANN-CDR降水卫星数据与地面实测数据的相关系数为0. 663,偏差为0. 845,TRMM 3B42 V7降水卫星数据与地面实测数据的相关系数为0. 666,偏差为0. 579。只考虑定量指标的评价体系,两个降水卫星数据的精度差异相对较小;(3) PERSIANN-CDR卫星数据在各站点的各分类指标数值范围均比TRMM 3B42 V7卫星数据的指标数值范围大,PERSIANN-CDR卫星数据对降水事件和降水量的反演精度要高于TRMM 3B42 V7卫星数据。考虑降水量分类指标的评价指标体系比单纯使用传统定量指标评价降水卫星数据更能有效地反映出降水卫星对资料稀缺的高寒地区地面降水特征的捕捉能力。     

新型卫星降水产品在黄河源区的适用性分析——以SWAT模型为例

以黄河源区水文循环过程为主要研究对象,应用TRMM卫星和GPM卫星的日降水产品(TMPA 3B42和IMERG-Final)驱动流域分布式水文模型SWAT,将结果进行比较分析,评估了新型卫星降水在黄河源区的适用性及其模拟潜力.研究表明:(1)对于大尺度流域而言,同时对多个子流域进行参数的敏感性分析及率定的结果不适用于每...     

基于SWAT模型的岷江上游流域水文模拟与干旱评估

以地势复杂、海拔高差悬殊的岷江上游流域为研究区域,选取2013~2017年水文、气象观测、土地利用、土壤类型及DEM等数据,驱动SWAT（Soil and Water Assessment Tool）分布式水文模型,在参数敏感性分析的基础上对模型进行校正和验证,模拟岷江上游流域日径流量变化过程,并采用基于SWAT计算的CI综合气象干旱指数,分析岷江上游流域典型年份干旱灾害的时空演变特征。结果表明：（1）SWAT模型在岷江上游流域具有较好的适用性,校正期及验证期R²和E_NS值均在0.70以上;（2）SWAT模型能较好地模拟岷江上游流域的水文变化过程,实测与模拟的逐日径流量变化趋势大体一致,尤其是6、7月主汛期时段的模拟效果最好;（3）基于SWAT计算的CI综合气象干旱指数较为客观地反映了岷江上游流域干旱的时空演变特征,有助于实现干旱灾害的监测和评估。     

气象数据在网络结构中的应用模型探讨

本文从应用软件的结构规划出发,简单介绍了气象数据的几种应用模型,分析了几种模型的优缺点,提出了适应气象部门业务科研发展需要的数据应用模型.     

气象数据在网络结构中的应用模型探讨

本文从应用软件的结构规划出发，简单介绍了气象数据的几种应用模型，分析了几种模型的优缺点，提出了适应气象部门业务科研发展需要的数据应用模型。     

雷达定量测量降水在佛子岭流域径流模拟中的应用

以位于合肥雷达西南100 km的佛子岭闭合流域 (1813 km2) 及该流域的6个子流域为研究区域, 用地面雨量计和雷达-雨量计联合校准两种方法进行流域面雨量计算, 将两种方法计算的面雨量分别作为TOPMODEL (TOPography based hydrological MODEL) 降水-径流模型的输入, 对模型输出结果进行比较。个例分析表明:雷达-雨量计联合测量降水的精度是否高于单独用地面雨量计计算的精度, 在一定程度上取决于用于校准的地面雨量计数目和代表性; 即使雨量计计算的整个流域面雨量与雷达-雨量计联合校准后的结果接近, 对应子流域面雨量的结果仍然会存在差别; 不同方法计算的某一子流域面雨量的差别越大, 则TOPMODEL水文模型输出的该子流域径流深的差别也越大。     

基于最优插值的雷达定量降水估测订正及应用——以广元市为例

采用基于自适应相关函数的最优插值法对四川广元的雷达定量降水估测进行实时订正并评估其效果。结果表明,该方法有效改善了雷达定量降水估测对弱降雨高估、对强降雨低估的问题,提高了降水估测精度,同时可以更好地模拟降水空间分布特征和时空变化;研究建立的自适应相关函数模型可以根据测站分布情况动态计算最优权重因子,降低了雷达-雨量计联合校准法对测站分布的要求,便于在不同地区开展实际业务应用。      

概率调整法在气候模式模拟降水量订正中的应用

应用概率调整法订正区域气候模式系统PRECIS在SRES A1B情景下模拟的各季节全国日降水量。以第95百分位降水量为阈值,利用Γ分布分段拟合1962年12月—1972年11月的模拟值,构建传递函数,得到1991年12月—2001年11月的订正值。结果表明:全国平均日降水量空间分布的模拟改善明显,偏差百分率高于100%的格点比例从23.5%降低到1.0%;对各地区平均降水月循环的模拟结果改善,冷季降水较暖季更接近观测,提高拟合优度是改进订正方法的关键;多数地区连续干日数、连续5 d最大降水量及极端降水贡献率的空间强度、概率分布与空间相关性的订正效果显著。总体来说,该方法对模拟中国区域降水的平均态与极端降水均有明显改善,有助于气候评估工作的展开。     

CLDAS融合土壤相对湿度产品适用性评估及在气象干旱监测中的应用

基于2008—2017年全国自动气象观测站逐旬土壤相对湿度观测数据,综合评估中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）0～20 cm层融合土壤相对湿度产品在中国地区的适用性,评估表明CLDAS土壤相对湿度产品在中国东北、西北、江南大部及华南等地区存在较大系统性误差,总体上适用性较差。为消除CLDAS土壤相对湿度产品的系统性误差,采用回归订正法、7旬滑动平均订正法和临近加权前旬订正法对CLDAS土壤相对湿度产品进行误差订正处理,对订正结果评估发现：订正处理后CLDAS土壤相对湿度产品与站点观测的相关性显著增加,系统偏差基本消除,适用性明显提高,3种订正方法中临近加权前旬订正法的订正效果最优。最后,采用经不同方法订正后的CLDAS土壤相对湿度产品对2017年5月东北—华北地区一次气象干旱个例进行重现,对比验证表明：相对其他两种订正方法,经临近加权前旬订正法处理后的CLDAS土壤相对湿度产品能更为精准地重现2017年5月东北—华北地区气象干旱的落区和强度。〖JP〗     

气候变化对长江上游径流影响预估

利用第五次国际耦合模式比较计划(CMIP5)中5个气候模式在3种典型浓度路径(RCPs)下的预估结果驱动SWAT水文模型,预估了21世纪气候变化对长江上游年径流量、季节分配以及极端径流的影响。结果表明：预估的长江上游平均气温呈显著上升趋势,21世纪末较当前(1986—2005年)升高1.5~5.5℃,降水总体呈增加趋势,在21世纪30年代后高于当前气候平均值,21世纪末相对于当前增加5%~15%。流域内气候变化存在明显空间差异,金沙江和岷沱江流域气温升高和降水增加幅度均大于流域平均值。预估的长江上游年径流量及各月平均径流均有增加趋势,在21世纪30年代后高于当前多年平均值,21世纪中期增加4%~8%,21世纪末增加10%~15%。预估的径流年内分布的均匀性有所增加,但年际变化明显增大,极端旱涝事件的频率和强度明显增加。预估的各子流域径流变化对气候变化的响应也存在差异,金沙江和岷沱江流域年径流量、年际变化和年内分布变化小,对气候变化的响应表现为低敏感;嘉陵江流域、乌江流域和长江上游干流径流增加幅度大,同时极端丰枯出现的频率和程度增加显著,是气候变化响应的敏感区域。     

黄河流域未来气候-水文变化的模拟研究

将大尺度半分布式水文模型VIC应用到黄河上中游流域(花园口水文断面以上),并利用区域气候模式RegCM4.0单向嵌套全球气候模式BCC_CSM1.1,动力降尺度到黄河流域的模拟结果驱动VIC模型,开展在新的典型浓度路径下(RCP4.5和RCP8.5)黄河流域未来气候和水文变化的离线模拟。模拟结果显示,在RCP4.5和RCP8.5排放情景下,黄河流域21世纪平均地表气温相对于1971—2000年均呈显著上升趋势,2019—2048年上升1.2—1.5℃,2069—2098年上升2.19—3.9℃。未来年平均降水量有微弱的增大,2019—2048年增幅为6%左右,2069—2098年增幅为1.4%—5.6%。未来蒸发量增大明显,2069—2098年年平均蒸发量最大可增加9.6%。2019—2048年花园口水文站的年平均径流量增大3.4%—7.4%,2069—2098年年平均径流量转为减少,减幅为3.3%—5.3%。黄河上游地区未来气候和水文变化趋势与黄河流域基本一致,但未来年径流量变幅低于黄河流域,相对比较稳定。     

1961—2009年辽河流域水文气象要素变化特征

依据1961—2009年辽河流域5个气象观测站点逐日降水和气温观测资料,运用非参数检验方法（Mann-Kendall法）,对辽河流域降水和气温的变化趋势进行了分析。利用2006—2010年夏季共162d降水日的铁岭站日降水量与铁岭水文站径流量资料,探讨了日降水量与径流量之间的相关关系。结果表明：辽河流域年降水量减少趋势明显,降水量偏少年份明显增加,其主要原因为占全年降水量65%的夏季降水以7.4 mm/10 a的气候趋势倾向率递减,呈现出明显的减少趋势;辽河流域的年平均气温是在波动中逐渐上升的,且升温趋势明显,春季呈明显的升温趋势,夏季略有下降,秋季变化不大,冬季是气温上升最明显的季节;日降水量与径流量存在正相关关系,且日降水量与降水第二日的径流量相关显著。     

2018年7月5日江淮暴雨发生发展机制的模拟及诊断北大核心

利用WRF中尺度模式对2018年7月5日江淮地区一次局地暴雨过程进行模拟,拟通过真实模拟降水过程降水落区、强度及大值中心等,深入分析此次暴雨及其中尺度系统的发生、发展机制。结果表明:高低空急流耦合、低层辐合高层辐散加之整层正涡管产生探至对流层顶的强烈上升运动为强降水及落区飑线系统的发生发展提供有利的动力条件;显著湿区、西南水汽输送与汇聚提供了充沛的水汽条件;假相当位温等温线在暴雨落区的密集分布提供了热力条件。湿位涡分析中,淮河流域的湿位涡正压部分(MPV1)低层负值、中层正值的形势使低层不稳定能量持续积蓄。湿位涡分析展现了本次江淮暴雨的特殊性:一是不稳定能量积蓄位置较低,二是对流系统发展区的东西两侧均处于相反值区域,在不稳定能量受到两侧稳定能量夹击时,系统发展剧烈,但趋于稳定的时间变快,使系统留存时间缩短;同时由于这样的牵制,系统移动较为缓慢,导致降水中心停留在苏皖一带,解释了本次江淮暴雨来势迅猛、降水集中的原因。     

黄河上游地区降水雨滴谱特征分析

利用黄河上游地区不同降水云系31次降水的激光雨滴谱仪观测资料,对不同云系降水雨滴物理参量特征及滴谱的演变特征进行统计分析。结果表明:在黄河上游地区,层状云系降水和混合云系降水雨滴粒子呈单峰型分布,对流云系降水雨滴粒子呈双峰型分布。层状云系降水雨滴粒径峰值出现在0.4 mm,粒径范围较窄,雨滴数密度最大;对流云系降水雨滴粒径峰值出现在0.8 mm,粒径分布范围较宽,雨滴数密度最小;混合云系降水雨滴粒径峰值和粒径分布范围介于两者之间。雨滴各微物理参量(平均直径、均方根直径、平均体积直径、中值直径和体积中值直径)由大到小排序依次为对流云降水、混合云降水和层状云降水。降雨强度和雨滴数密度变化趋势一致,对流云和混合云降水强度和雨滴粒子数浓度有较好的相关性。通过雨滴谱特征的研究,有利于认识该地区降水微物理特性及成雨机制,为实施科学人工增雨提供一定的科学依据。     

基于SWAT模型分析淮河流域中上游水量平衡要素对气候变化的响应

本研究在对SWAT模型进行参数化的基础上,采用淮河干流吴家渡和鲁台子水文控制站1971-1990年和1991-2014年的月径流观测数据对SWAT模型进行了率定和验证。模拟效果评估结果显示：不论是率定期还是验证期,Nash-Sutcliffe系数Ens和确定系数R2均>0.8,相对误差Re<1%,模型能够较好地再现月尺度的降雨-径流过程。淮河中上游年径流深线性变化趋势不明显,但子流域空间差异显著,径流深上游及南部呈线性减小趋势,其他子流域呈增大趋势。从年水量平衡要素来看,蒸散量和渗漏量对水量平衡贡献最大。主成分分析表明,平均气温、降水量及蒸散量是淮河中上游水文要素变化的关键因子。剔除人为因素的影响,1971-2014年淮河中上游地区水资源量呈减少趋势,这可能是年平均气温升高、年降 水量略有减少以及年蒸散量减少综合作用的结果。本文研究成果可为淮河中上游水资源管理和相关政策的制定提供技术支撑。     

陇西祖厉河流域降水插值方法的对比分析

降水作为五水转化和水量平衡的一个组成部分,在土壤-植被-大气连续体物质与能量转化中起着重要的作用,是分布式水文模型中的重要参量.本研究选择了陇西黄土高原祖厉河流域,采用5种空间插值方法,对该区域降水的时空分布规律进行研究.经分析比较,空间插值法中趋势面方法最佳.趋势面方法经统计模型调整,使得降水模拟精度有所提高.从模拟结果来看:该流域降水呈现明显的纬度地带性分布,自南向北逐渐减少;降水受地形影响较大,海拔高度每降低100 m,降水量平均减少20 mm;流域绝大地区多年平均降水量分布在280～430 mm范围内.该高时空分辨率的降水模拟模型对区域水资源分析及生态环境治理有着重要的意义.     

淮河上游地区夏玉米生长降水关键期内旱涝致灾降水阈值研究

基于淮河上游地区11个气象站点1959—2015年降水资料,利用夏玉米气候产量与生育期降水序列进行相关性分析,确定降水影响夏玉米生长的关键时段,定义为夏玉米生长降水关键期,并采用21种分布函数对降水关键期内降水序列进行拟合,选取K-S和A-D方法进行拟合优度检验,建立最优概率分布模型,再基于降水概率分位数法定量化设计夏玉米各级旱涝的降水阈值R,并验证指标的合理性。结果表明:(1)淮河上游地区夏玉米抽雄-成熟生育时段及前一旬降水量对夏玉米产量影响显著;(2)各站点夏玉米生长降水关键期内降水序列的最优概率分布模型差异明显;(3) 11个站点夏玉米各级旱涝灾害的降水阈值地区差异较大,利用泰森多边形法确定整个淮河上游地区夏玉米生长降水关键期内旱涝致灾降水阈值分别是:重旱R73 mm,旱73 mm≤R138 mm,正常138 mm≤R337 mm,涝337 mm≤R475 mm,重涝R≥475 mm。     

SWAT模型在黄河河万区间入库径流模拟中的应用

以黄河万家寨水库流域河口镇至万家寨坝址区间(下称河万区间)为研究区域,利用GIS/RS技术获取了该流域水循环空间分布信息,构建了黄河河万区间流域的SWAT模型,采用输入模块、水文单元和河网汇流对入库径流进行了模拟运算,并根据头道拐和万家寨水文站的实测月径流量资料,对2000—2009年万家寨水库的入库月径流量进行了系统的模拟、敏感性分析和参数率定,并用2000—2006年数据进行了模型校正和用2007—2009年数据进行了模型验证,同时对运行结果做了误差分析、降雨—径流关系分析及水量平衡分析。结果表明,SWAT模型基本上能反映河万区间的月径流水文过程,具有一定的适用性,为进一步预测降雨径流提供了技术支撑。     

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。