Topography-adjusted solar radiation indices and their importance in hydrology

Abstract

Solar radiation, direct and diffuse, is affected by surface characteristics, such as slope, aspect, altitude and shading. The paper examines the effects of topography on radiation, at multiple spatiotemporal scales, using suitable geometric methods for the direct and diffuse components. Two indices are introduced for comparing the direct radiation received by areas at the same and different latitudes. To investigate the profile of direct radiation across the whole of Greece, these are evaluated from an hourly to annual basis, via GIS techniques. Moreover, different approaches are examined for estimating the actual global radiation at operational spatial scales (sub-basin and terrain), according to the available meteorological data. The study indicates that the errors of typical hydrometeorological modelling formulas, which ignore the topographic effects and the seasonal allocation of direct and diffuse radiation, depend on the spatial scale and are non-uniformly distributed in time. In all cases, the estimations are improved by applying the proposed adjustment approaches. In particular, the adjustment of the measured global radiation ensures up to 10% increase of efficiency, while the modified Angström formula achieves slight (i.e. 2–4%) increase of efficiency and notable reduction of bias.

Editor Z.W. Kundzewicz

Citation Mamassis, N., Efstratiadis, A. and Apostolidou, I.-G., 2012. Topography-adjusted solar radiation indices and their importance in hydrology. Hydrological Sciences Journal, 57 (4), 756–775.     

A comparative study on a simple two-parameter monthly water balance model and the Kajiyama formula for monthly runoff estimation

ABSTRACT

A two-parameter monthly water balance model to simulate runoff can be used for a water resources planning programme and climate impact studies. However, the model estimates two parameters of transformation of time scale (c) and of the field capacity (SC) by a trial-and-error method. This study suggests a modified methodology to estimate the parameters c and SC using the meteorological and geological conditions. The modified model is compared with the Kajiyama formula to simulate the runoff in the Han River and International Hydrological Programme representative basins in South Korea. We show that the estimated c and SC can be used as the initial or optimal values for the monthly runoff simulation study in the model.

EDITOR M.C. Acreman; ASSOCIATE EDITOR S. Kanae     

利用钻孔应变观测数据测定大震震级

尝试对敦化地震台YRY-4型钻孔应变仪记录的应变地震波持续时间进行研究,以中国地震台网统一地震目录Ms≥7震级为参考震级,用最小二乘法求得参考震级公式：MF-P=1.92＋1.48 lg（F-P）.通过验证,公式有意义,为现阶段应变地震波的应用找到一条路径.     

含离子浓度参数的粘性泥沙沉速公式研究

以长江为例分析了河流中的水化学特性,得出河流中影响粘性泥沙沉速的主要是Ca2+。阳离子影响泥沙沉速的主要原因是粘性沙的絮凝。对泥沙絮凝沉降过程进行理论分析,推导出絮凝沉速与离子浓度之间的关系式。并且根据试验结果确定以Ca2+浓度为参数时经验关系式中的系数值。用实测的沉速对絮凝沉速公式进行了初步的验证。验证结果表明,用张瑞瑾沉速公式计算结果与实测结果相差很大,而絮凝沉速公式计算结果与实测结果相符合。     

油气“穿断运移”模式、评价方法与应用——以珠江口盆地恩平凹陷为例

断层对油气藏的控制作用体现在油气藏的形成和演化过程中断层输导油气和封堵油气的双重作用。究竟起哪种作用主要取决于断层不同部位、不同层段封堵能力和输导能力的差异性。本文基于珠江口盆地恩平凹陷大量断层圈闭油藏的实际钻井资料,从断层活动速率、生长指数、泥岩涂抹因子(SSF)、断层泥比率(SGR)等角度建立了油气"穿断运移"模式和定量评价方法。指出对于恩平凹陷新近系圈闭而言,当控圈断层粤海组沉积期的活动速率<10m/Ma或生长指数<1.1、SSF>1.8~2.1或SGR<0.35~0.42时,油气能够横穿断层运移。基于这项研究,预测了恩平凹陷北部隆起带A1、A3、A4和南部隆起带A20等构造控圈断层的侧向开启部位和层段,推动了多个构造的钻探和3个商业油田的发现,证实了油气"穿断运移"模式和评价方法的准确性和适用性,对具有类似地质特征的地区具有良好的理论指导和实践价值。     

富勒烯笼(Fullereae Cages)Cn的结构表达式

 据富勒烯笼C_n的构成特点,将C_n中的六边形划分出不同的晶体化学构型,而后建立六边形聚合度(HPI)的新概念并给出C_n中六边形可能存在的不同组合及数目。由此得出了C_n的结构表达式。     

粘性泥石流体的应力应变特性和流速参数的确定

文章从粘性泥石流体的组成，应力应变特性和减阻作用的观测试验入手，揭示了粘性泥石流体运动的阻力特性，探讨了粘性泥石流流速公式中的曼宁糙率系数的表征。粘性泥石流体运动的阻力特性主要与沟槽特征以及泥深和粘附层流变特性有关。根据高、低不同阻力的粘性泥石流浆体的泥砂比，浆体介质的流变参数（ηp、τBf）和体积浓度（Cvf)，可获得不同阻力介质状态下统一的阻力糙率系数与它们的相关式，以此来确定曼宁糙率系数。     

矿井涌水量计算的非稳定流解析法

目前矿井涌水量预测普遍存在着评价方法简单、机械套用计算公式、或利用应用软件玩模拟游戏等现象,反而对非常适用的非稳定流解析法重视不够。根据非稳定流解析法公式的基本原理,对其在矿井涌水量预测方面的适用性进行了讨论,并以山西省霍州煤电集团公司某煤矿采区水文地质补充勘查报告矿井涌水量预测为例进行了计算,计算结果表明:非稳定流解析法的雅柯布(近似)公式对于煤层底板突水的矿井涌水量预测,较稳定流解析法和传统的类比外推法在理论上更适用,操作上更灵活;与数值法相比,其又具有较好的直观性。在实践中,该方法计算过程清晰,计算结果可靠,具有推广应用价值。     

地表糙度与水力糙率系数的关系

通过室内人工模拟降雨实验，初步探讨了地表糙度与水力糙率系数间的关系，得出了两者表征阻力特征相一致的阈值为0．979，并回归得到小于该值求算地表糙度的计算模型Y=2．4234e^0.3005ln(x），R=0．769，其中Y为地表糙度；X为曼宁糙率系数。     

基于GLDAS-Noah模型的闽江流域实际蒸散发评估

以亚热带季风区的典型流域——闽江流域为研究区域,根据Penman-Monteith（P-M）公式和双作物系数法,计算了闽江流域内8个气象观测站点的实际蒸散量,并评估了GLDAS-Noah实际蒸散产品在闽江流域的适用性。在此基础上,基于GLDAS-Noah实际蒸散发数据,解读了2000—2019年闽江流域的实际蒸散量的变化特征。结果表明：① GLDAS-Noah实际蒸散发数据在闽江流域的适用性较好(R²>0.9,NSE>0.8);② 2000年以来闽江流域的实际蒸散发呈增加趋势（3.86 mm/a,P < 0.01）,且存在显著的季节差异,表现为冬季和春季的增加速率要大于夏季和秋季;③ 闽江流域冬季和春季蒸散发增加与气温密切相关,冬季蒸散发与冬季气温呈微弱正相关（ R = 0.27）,春季蒸散发的增加与春季升温密切相关（R = 0.79）。