渭北旱塬土壤水分空间变异性

渭北旱塬是陕西省重要的苹果生产基地，探讨该区不同土地利用的土壤水分时空变异特征，对农业生产布局、种植业结构调整和减少径流、控制侵蚀具有特殊的现实意义。本文用地统计学的理论和方法，分析了渭北旱塬区3种主要土地利用类型农地、苹果地和苜蓿地3个土层深度(0～20cm、60～80cm、280～300cm)的土壤水分空间变化趋势。变异函数分析结果表明，3种土地利用类型的土壤水分具有明显的空间变异特性。在0～20cm土层，空间变异性尺度为9～16m，60-80cm土层为5～12m，280-300cm土层深为5～10m，空间变异性程度随尺度变化。自相关尺度为1～17m，自相关部分的空间变异性在0～20cm、60～80cm和280-300cm分别占总空间变异性的90．0％～94．0％、84．0％～98．0％和85．0％～94．0％，明显大于随机部分的空间变异性。从苜蓿地、苹果地到农地，空间自相关的尺度逐渐增大。各向异性分析表明，农地和苜蓿地在表层(0～20cm)具有明显的各向异性，而苹果地的土壤水分含量接近各向同性。     

黄土丘陵区带状柠条锦鸡儿林地深层土壤干化及根系分布

针对黄土丘陵区带状柠条锦鸡儿人工林地根系、土壤水分特征及深层土壤干化研究薄弱问题,以宁夏南部山区20 a雨养带状人工柠条锦鸡儿林地为研究对象,选取相似的旱作农田为对照,对0～1000 cm深度土壤水分、柠条锦鸡儿根系垂直分布及其相关性进行分析。结果表明：（1）20 a人工柠条锦鸡儿林地0～1000 cm深度土壤干化,柠条锦鸡儿林地带内和带间土壤水分含量低于农田;0～1000 cm土层带内土壤水分含量较带间降低1.46%。（2）在300～1000 cm土层范围内,20 a人工柠条锦鸡儿林地出现了不同的亏缺程度与干燥化程度,带间、带内水分有效性分别为0.21和0.02,供水系数平均值分别为0.49和0.33。（3）柠条锦鸡儿林地根系主要集中在0～80 cm土层,0～80cm土层带间、带内根干重分别占总根重的46.33%和45.56%,根表面积密度分别占总根表面积密度的66.58%和63.51%,根长密度分别占总根长密度的59.54%和58.45%。该研究对于深入了解半干旱黄土区人工柠条锦鸡儿林地根系、水分具有积极意义。     

蓝田、长安人工林地土层含水量研究

根据蓝田孟村杨树林和梧桐林、长安县韦曲镇南杨树林地与西安市南郊麦地土壤含水量的测定,研究了0～600cm土壤含水量的变化和土壤干层特点与分布。实验表明,蓝田、长安地区在正常降雨年份人工林地土壤含水量从地表向地下呈现由高到低再到高的变化：12龄杨树林、14龄梧桐林、13龄和10龄杨树林地180～360cm深度范围内土壤含水量平均为9．5％、9．3％、9．0和9．2％,发育了明显的土壤干层：麦地土层含水量较梧桐林和杨树林地明显高,无土壤干化的显示;在丰水年蓝田、长安地区人工林土层含水量与正常降雨年份林地土壤含水量显著不同,12龄杨树林、14龄梧桐林、13龄和10龄杨树林地180～360cm深度范围内土壤含水量平均为22．5％、23．2％、22．5％和22．4％,土壤干层消失。这表明在降水量增加的条件下,土壤干层中的水分完全有可能恢复。土壤干层的发育会影响植物的正常生长,植被类型,植树造林和生态环境恢复,因此土壤干层水分恢复有重要意义。     

祁连山南麓退耕地主要植物群落植冠层的截留性能

退耕地人工群落植冠层的截留能力,是群落生态效益的重要组成部分,这一研究不仅可以掌握退耕还林还草工程作用的机理,还可以更好地指导工程实践,促进工程建设步伐。通过“简易吸水法”,可以快速掌握退耕地植冠层的最大截留潜力。青海省大通县退耕较早、平均年龄约10a以上的青海云杉、华北落叶松等几种人工群落,它们的林冠截留量较高,平均达1．93mm,为当地3种截留量最高、林龄50a之上天然群落的61％。青海云杉、华北落叶松、白桦、青杨、中国沙棘等退耕地人工群落的截留量,基本上显示出与林龄之间呈线性或Cubic、Quadratic正相关关系。在植物群落分层截留、消化吸收降雨的这一空间垂直序列中,植冠层截留量虽然较低,平均仅1．29mm(0．25～2．38mm),但植冠层的主要作用还在于减轻、缓冲雨水直接打击地面,改变降水的侵蚀性危害,而这些作用要远远高于截留量自身的区区数量。     

塔里木河下游典型绿洲滴灌防护林地土壤水盐时空动态

通过野外定位观测,对塔里木河下游典型绿洲防护林地灌溉周期内、不同滴灌年限以及不同质地类型土壤水盐动态进行监测分析。研究结果表明:①绿洲幼龄防护林地土壤水盐变化属于灌溉周期型;灌后土壤湿润体呈“半椭球型”分布,积盐区位于湿润峰附近;当前防护林（沙壤土）滴灌周期为10 d较为合适。②实施滴灌1 a、2 a和5 a林地（沙壤土）土壤水分亏缺量逐年增大;0～20 cm土层随滴灌年限的增大先脱盐后积盐,20～120 cm土层均表现为脱盐。③滴灌5 a后,粉黏土林地表层板结层的形成显著抑制40～60 cm土壤水分蒸发,盐分呈“表聚型”分布;细沙土林地土壤持水性差,各土层盐分呈“均匀型”分布;沙壤土林地持水性较细沙土林地略高,盐分呈“波动型”分布。     

黄土丘陵区人工油松林地土壤水分动态的时间序列分析

利用时间序列分析方法研究了黄土丘陵区人工油松林地土壤水分序列和降水序列之间的关系。在黄土丘陵区，降水时间序列不存在自相关关系，相反土壤贮水量之间存在自相关关系；这说明了前期降水对后期降水没有影响，而前期土壤含水量的高低影响了后期含水量的多少。降水时间序列与人工油松林地0～80cm土层总贮水量序列之间存在相关关系，同时油松林地贮水量与降水时间序列相比表现出1个滞后时间距(1月)，说明贮水量主要受当月和前一个月降水的影响。对于上部三个层次(0～10cm，10-20cm，20～40cm)的贮水动态与降水时间序列相关；而20cm以下的土层，与一个滞后时间距的降水时间序列相关系数增大；说明20cm以上土层的贮水量主要受当月降水的影响，20cm以下土层贮水量与当月和前一个月的降水有关。当月降水可以补充到40cm深土层。     

可溶性有机碳在米槠天然林土壤中的淋溶特征

以中亚热带米槠天然林为研究对象,通过挖剖面法,按0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm、50~60 cm、60~70 cm、70~80 cm、80~90 cm、90~100 cm分层采集原状土柱,并用米槠叶片制备的可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)溶液进行逐层淋溶试验,以阐明DOC在米槠天然林土壤中的淋溶特征。结果表明,在淋溶过程中DOC浓度逐渐下降,DOC最大截留量出现在50~60 cm土层,而且60~100 cm各土层的截留量要小于0~60 cm各土层。淋溶过程中DOC的芳香性和腐殖化程度随土层深度均逐渐下降。红外光谱表明,DOC溶液在土壤淋溶过程中,芳香类、羧酸类等大分子物质会被优先吸附,并且通过0~30 cm土层时土壤中的醇类、酚类小分子物质会发生解吸附,DOC在30~100 cm土层中淋溶时小分子物质的比例明显增加。说明DOC在土壤淋溶过程中会优先吸附芳香化合物和大分子物质,到达底层土壤的DOC溶液中小分子物质所占比例增加,因此DOC对土壤的亲和力降低,减少了土壤的截留量,表明DOC本身的化学性质要比土壤的理化性质更能影响其吸附行为。     

半干旱沙地樟子松林降雨再分配特征

森林植被的降雨再分配过程是影响区域水资源利用效率以及生态系统生产力的重要因素.于2018年5—8月观测27 a生樟子松人工林降雨再分配特征,探究降雨再分配的比例变化对林地水分平衡的影响机制,分析、量化林内穿透雨、林冠截留、树干径流、枯落物层入渗部分产生的阈值.结果 表明:樟子松林内穿透雨量占同期降雨量的86.45％,穿...     

基于地统计学的甘肃臭草群落土壤水分空间异质性

土壤水分是植被格局形成和演变的主要因素,土壤水分的空间异质性对于认识干旱区草原植物对环境的响应机制具有重要意义.应用地统计学方法,对祁连山北坡甘肃臭草(Melica przewalskyi)退化草地土壤表层含水量的变异性进行研究.结果表明,臭草型退化草地浅层(0 ～30 cm)土壤水分符合正态分布,土壤含水量沿垂直方向逐渐增大,介于9.56％ ～11.21％.各层土壤水分的变异系数分别为12.97％ (0～10 cm)、8.8％ (10～20 cm)和14.09％ (20～30 cm),均属弱变异;0～ 30 cm土壤含水量具有高度的空间异质性,其中34.92％～42.71％的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在16.87 ～ 69.14 m尺度上.在0～ 10 cm土层,引起土壤水分空间变异的主要因素是植被覆盖度的不同,而在10 ～ 30 cm土层,土壤水分空间变异性主要是根系分布的差异引起的.     

城市片林与城市草坪细根生物量特征

细根在城市绿地地下碳过程中扮演着重要的角色．本研究采用土芯法和WinRHIZO根系分析软件对福建省福州市区内城市绿地的细根现存生物量进行研究。结果表明：1）城市片林的细根生物量在1．15～2．60t／hm^2之间,低于草坪的细根生物量（1．34～4．45t／hm^2）,总体上也低于多数亚热带天然森林的细根生物量．2）细根垂直分布总体规律是随深度的增加而减少,城市草坪上层细根生物量与下层细根生物量差异大于城市片林．城市草坪土壤中79％的细根集中于表层土壤（0—10cm）,10～40cm土层中的细根生物量仅占20％,而各城市片林中仅有50％左右的细根集中于土壤表层0～10cm,10～30cm深度的土层中的细根生物量占30％,40～60cm的土层都仍有20％的细根存在．3）采用细根长度、直径建立双因素模型,对城市绿地细根生物量均有较好的拟合结果,但城市片林的模型拟合效果（R^2〉0．85）优于城市草坪（R^2为0．59～0．79）．鉴于草坪具有可观的细根生物量,其对城市土壤地下碳过程有着不容忽视的作用,因此今后还需进一步引入其他变量优化其细根拟合模型．     

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     

应用层次贝斯模型研究气候变化对威塔流域流量的影响(英文)

我们应用层次贝叶斯模型模拟大气二氧化碳浓度加倍可能对美国北卡罗来纳州西部威塔(Coweeta)流域水文的影响。这个模型整合了多重数据来源并且同时考虑了数据,参数和模型结构的不确定性。贝叶斯分析的预测分布显示流量和土壤含水量在秋季和夏季将明显下降,这将造成这两个季节更严重的干旱。同时我们用通用极值分布(Generalized Extreme Value distribution)和通用普拉托分布(Generalized Pareto distribution)分析预测流量,结果显示洪水频率也会增减。层次贝叶斯模型,和许多只能得到最佳参数估计的水文模型相比,能提供更丰富的信息,包括预测的不确定性。这将有助于可持续水资源管理的大前提下发展应对气候变化的措施。     

山地流域水文模拟研究进展与展望

山地水文循环是全球水循环的重要组成部分,山地独特的地形特征、日趋变化的社会经济与新技术(遥感观测和信息科学)发展使得山地水文循环研究成为当前乃至未来水文学关注的热点。山地较大的垂直梯度浓缩了水平自然带的自然地理和生态学特征,具有多样的环境敏感性,因此山地水文过程对土地利用变化和气候变化的响应比平坦地区更为剧烈。明晰山地水文过程对区域防洪减灾、制定全球变化背景下区域水资源可持续利用策略、促进经济社会发展具有重要意义。水文模型是研究水循环的重要工具,但山地产汇流机制的复杂性以及实测水文资料匮乏等一系列问题极大限制了山地水文模拟与预测工作。本文首先系统地从数据获取、参数计算、模型结构、建模理论四个方面介绍了国内外山地水文模拟的研究进展,并总结了经验模型、概念模型及基于物理机制的分布式水文模型在我国山地水文模拟中的应用进展,之后从山地水文要素的空间变异性与垂直变异性、驱动力、数据不确定性、强烈的人为扰动等方面对当前山地水文模拟中面临的挑战与难点进行了论述。通过对国内外相关研究前沿的归纳,从多过程耦合机理研究、山地自然—社会二元水循环理论、大数据背景下多源数据获取与同化研究等方面对我国未来山地水文模拟的工作方向进行了展望。     

基于遥感数据的叶尔羌河流域水文过程模拟与分析

在西北荒漠-绿洲生态系统中,山区水循环对下游水资源管理具有重要作用。为了准确地理解高寒山区水文过程,以降水、温度和潜在蒸散发的遥感数据为模型输入,建立叶尔羌河流域的MIKE SHE模型。根据模型输出,从径流、积雪和蒸散发三方面探讨了流域的水文过程。结果表明：经校正后的遥感产品在叶尔羌河流域的水文模拟中取得了良好的应用效果,出山口卡群站日径流的效率系数达0.71,相关系数达0.85。河道的年平均径流深为146.66 mm,其中稳定的基流补给占21.3%。流域的年平均降雪231 mm,占总降水的74%左右;73.9%的融雪发生在7-9月,积雪主要分布于5000 m以上区域。蒸散发以7-9月中低山区植被覆盖良好的针叶林和草地为主。选用合适的方法对遥感数据进行验证和率定,有助于提高对资料缺失的高寒山区流域水文过程的认识。对不同水文要素进行分析验证,可更准确地理解水资源的转化、储存方式及其时空分布,以便为下游水资源管理提供依据。     

Evaluating the suitability of TRMM satellite rainfall data for hydrological simulation using a distributed hydrological model in the Weihe River catchment in China

The objective of this study is to quantitatively evaluate Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) data with rain gauge data and further to use this TRMM data to drive a Distributed Time-Variant Gain Model (DTVGM) to perform hydrological simulations in the semi-humid Weihe River catchment in China. Before the simulations, a comparison with a 10-year (2001-2010) daily rain gauge data set reveals that, at daily time step, TRMM rainfall data are better at capturing rain occurrence and mean values than rainfall extremes. On a monthly time scale, good linear relationships between TRMM and rain gauge rainfall data are found, with determination coefficients R² varying between 0.78 and 0.89 for the individual stations. Subsequent simulation results of seven years (2001-2007) of data on daily hydrological processes confirm that the DTVGM when calibrated by rain gauge data performs better than when calibrated by TRMM data, but the performance of the simulation driven by TRMM data is better than that driven by gauge data on a monthly time scale. The results thus suggest that TRMM rainfall data are more suitable for monthly streamflow simulation in the study area, and that, when the effects of recalibration and the results for water balance components are also taken into account, the TRMM 3B42-V7 product has the potential to perform well in similar basins.     

Hydrological monitoring and seasonal forecasting: Progress and perspectives

Hydrological monitoring and seasonal forecasting is an active research field because of its potential applications in hydrological risk assessment, preparedness and mitigation. In recent decades, developments in ground and satellite measurements have made the hydrometeorological information readily available, and advances in information technology have facilitated the data analysis in a real-time manner. New progress in climate research and modeling has enabled the prediction of seasonal climate with reasonable accuracy and increased resolution. These emerging techniques and advances have enabled more timely acquisition of accurate hydrological fluxes and status, and earlier warning of extreme hydrological events such as droughts and floods. This paper gives current state-of-the-art understanding of the uncertainties in hydrological monitoring and forecasting, reviews the efforts and progress in operational hydrological monitoring system assisted by observations from various sources and experimental seasonal hydrological forecasting, and briefly introduces the current monitoring and forecasting practices in China. The grand challenges and perspectives for the near future are also discussed, including acquiring and extracting reliable information for monitoring and forecasting, predicting realistic hydrological fluxes and states in the river basin being significantly altered by human activity, and filling the gap between numerical models and the end user. We highlight the importance of understanding the needs of the operational water management and the priority to transfer research knowledge to decision-makers.     

流域水文模型计算域离散方法

常用的概念性水文模型 ,能够很好地模拟水文时间变化过程 ,但没有考虑水文变量和水文参数的空间变化与空间不均匀性。随着空间数据的获取手段的增多以及空间离散技术的发展 ,考虑水文参数和水文变量空间变化的分布式水文模型得到了极大的发展。本文详细介绍了分布式流域水文模型中用到的几种不同计算域离散方法 ,并讨论了河道汇流模型中常用到的有结构网格和无结构离散网格。地理信息系统技术对计算域离散有辅助作用 ,其有利于无结构离散网格的自动生成和交互修改 ,并可结合遥感技术 ,使水文模型能获取精确的空间分布的水文参数和水文变量。     

高性能并行分布式水文模型研究进展

传统分布式水文模型采用串行计算模式,其计算能力无法满足大规模水文精细化、多要素、多过程耦合模拟的需求,亟需并行计算的支持。进入21世纪后,计算机技术的飞速发展和并行环境的逐步完善,为分布式水文模型并行计算提供了软硬件支撑。论文从并行环境、并行算法2个方面对已有研究进行总结概括,分析了不同并行环境和并行算法的优势与不足,并提出提高模型并行效率的手段,即合理分配进程/线程数缩减通信开销,采用混合并行环境增强模型可扩展性,空间或时空离散化提高模型的可并行性及动态分配计算任务、平衡工作负载等。最后,论文对高性能并行分布式模型的未来研究方向进行展望。     

基于水循环视角的海绵城市系统及研究要点解析

海绵城市建设的本质是城市水系统的重构,明晰海绵城市系统所涉及的水循环过程是海绵城市研究中最根本、最重要的问题。以海绵城市建设区为研究对象,本文定义了海绵城市系统的内涵,明确海绵城市系统的输入项与输出项,探讨了基于海绵城市系统的城市水循环过程,即海绵城市建设区“大气水—地表水—土壤水—管网水—地下水”转化过程。分别从明确海绵城市建设区的降水与污染物输入、掌握典型海绵设施的径流及污染物转化过程、重视排水管网径流监测与汇流特征参数确定、准确分析海绵城市建设区的径流及污染物外排过程、综合评估海绵城市建设的生态与地下水回补效益共5个方面,系统梳理了海绵城市系统的研究现状及未来的研究要点,以期为海绵城市建设的基础理论研究与工程实践提供启发和帮助,促进中国城镇化转型发展。     

关于比较水文学的研究

比较水文学是水文研究中的新课题。作者根据国际水文计划(IHP)组织的研究活动介绍了这一课题最新动向;探讨了比较水文的概念,目的与研究方法;提出在我国开展这一研究的有利条件。认为及早起步开展工作,可望走在世界前列;最后建议从水文类型系统、水文过程、水文实验方面打好基础,建立比较水文信息系统,发展水文成因模型,制定应用方案。