Changes in potential evapotranspiration and surface runoff in 1981–2010 and the driving factors in Upper Heihe River Basin in Northwest China

Changes in potential evapotranspiration and surface runoff can have profound implications for hydrological processes in arid and semiarid regions. In this study, we investigated the response of hydrological processes to climate change in Upper Heihe River Basin in Northwest China for the period from 1981 to 2010. We used agronomic, climatic and hydrological data to drive the Soil and Water Assessment Tool model for changes in potential evapotranspiration (ET₀) and surface runoff and the driving factors in the study area. The results showed that increasing autumn temperature increased snow melt, resulting in increased surface runoff, especially in September and October. The spatial distribution of annual runoff was different from that of seasonal runoff, with the highest runoff in Yeniugou River, followed by Babaohe River and then the tributaries in the northern of the basin. There was no evaporation paradox at annual and seasonal time scales, and annual ET₀ was driven mainly by wind speed. ET₀ was driven by relative humidity in spring, sunshine hour duration in autumn and both sunshine hour duration and relative humility in summer. Surface runoff was controlled by temperature in spring and winter and by precipitation in summer (flood season). Although surface runoff increased in autumn with increasing temperature, it depended on rainfall in September and on temperature in October and November. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

EMD-Wavelet-ICA耦合模型及其在GPS坐标序列降噪中的应用

在分析比较经验模态分解(EMD)、小波变换(Wavelet)和独立分量分析(ICA)优缺点的基础上,提出一种新的EMD-Wavelet-ICA耦合模型。该模型充分利用了EMD的自适应性,对原始信号进行分解获得不同频率的模态函数(IMF),采用标准化模量的累计均值对IMF进行尺度划分;进而分别采用Wavelet和ICA对高频和低频IMF进行降噪,将降噪后的IMF进行多尺度重构,获得降噪后的信号;采用信噪比、标准差、偏差和相关系数等指标对降噪效果进行评价。仿真数据和GPS坐标序列的处理结果表明:与EMD模型和EMD-ICA模型相比,新模型的标准差、偏差均有不同程度的减小;信噪比和相关系数有一定程度的增大,可以获得更好的降噪效果。     

Logistic判别模型在强降水预报中的应用

利用Logistiv判别模型进行强降水预报,并设计3种方案进行对比分析。方案1直接使用14个影响因子进行判别预报,受因子共线性作用及噪音信号影响,虽然拟合效果较好,但预报效果明显下降。方案2对14个影响因子进行主成分分析,利用前6个主成分建模,虽然拟合效果较方案1降低,但由于消除了因子共线性作用以及噪音信号影响,预报效果较方案1提高。方案3运用Bootstrap抽样技术得到符干样本并建模计算模型参数,打乱了原有时间序列中的波动,仪保留平稳信息,拟合自由度进一步降低,导致拟合效果较方案案2下降,但预报效果却是3种方案中最好且最稳定的。在上述研究基础上,利用欧洲中心数值预报模式的预报场资料,建立基于Logistic判别模型的强降水客观预报系统,并在中央气象台业务运行。2013和2014年连续两年汛期预报检验结果表明,概模型对强降水预报的TS评分高于数值模式本身,具有一定的业务参考价值。     

CINRAD/SA(B)发射机高压打火组件级故障诊断

新一代天气雷达技术保障中,发射机高压负载打火导致的综合故障的诊断和定位是比较复杂的,具有故障点多、故障涉及组件多、故障修复时间长等特点,是新一代天气雷达故障维修的难点。依据发射机高压控制和监控信号流程,提出了发射机高压打火组件级故障诊断流程。通过发射机组件级故障诊断流程快速修复发射机高压负载打火综合故障过程,表明发射机高压打火组件级故障诊断流程在雷达维修中具有规范化和适用性维修效果,进一步显示出故障分析诊断流程在新一代天气雷达技术保障中的重要作用。     

Landsat 8陆地成像仪影像的缨帽变换推导

针对Landsat 8陆地成像仪影像,该文提出了一种缨帽变换系数的推算方法。利用准同步的Landsat ETM+影像缨帽变换结果为目标值,采用普鲁克算法对不同地理分布下的陆地成像仪影像样本点的主成分轴分别进行旋转,得到相应的初始变换系数;通过广义普鲁克分析对所得初始变换系数进行平均化,并以格拉姆-施密特算法保持其正交性,最终得到基于陆地成像仪大气表观反射率数据的缨帽变换系数。验证结果表明,与现有陆地成像仪变换系数相比,该文提出的缨帽变换精度相对较高,误差较小,变换后的不同地物覆盖类型具有更好的可分性。     

变化环境下渭河流域水文干旱演变特征剖析

环境变化影响区域水资源的可持续开发利用,导致水文过程出现非平稳特征,需发展非平稳水文干旱评估方法。选取渭河流域为研究区,依据流域内2个水文站、62个雨量站和24个气象站1961-2013年数据,基于可变下渗容量模型定量分离气候变化和人类活动对径流衰减的贡献;采用标准化径流指数（Standardized Runoff Index, SRI）剖析水文干旱时空演变特征;提出多种SRI参数化方案,对比评定各方案表征非平稳干旱的合理性以及环境变化对干旱演变的影响作用。结果表明:自1991年以来渭河流域年径流量呈显著衰减趋势,人类活动是径流演变的主要因素,对咸阳和华县站径流量变化的贡献率分别为-66.7%和-71.0%;时变参数方案计算的干旱指数能合理重建历史水文干旱序列;人类活动是渭河流域1991年以来短历时水文干旱发生的主导因素,气候变化主要影响长历时旱涝的演变趋势。     

陕北风沙区含砾石工程堆积体坡面产流产沙试验

采用室内人工模拟降雨方法,研究了陕北风沙区含砾石工程堆积体边坡的产流产沙过程。结果表明:①砾石存在改变了坡面入渗速率,径流系数受入渗速率的影响,随砾石含量的增加先线性递减后线性递增,并在10%砾石含量处存在阈值;径流系数随降雨强度的增加线性递增。②含砾石堆积体坡面流速较纯土堆积体降低,且随雨强增大,砾石延缓径流流动的作用越显著;雨强对径流流速的影响随砾石含量增加持续减弱。③土壤剥蚀率在产流24~33 min后显著增加,砾石主要对显著增加后的平均剥蚀率产生影响。④雨强1.0 mm/min时,砾石存在促进降雨侵蚀,产沙量增大;雨强大于1.0 mm/min时,砾石具有显著的减沙效应。     

淤泥质海岸入海河口闸下港道河相关系

以江苏沿海北部的射阳河闸下港道为原型,建立二维水动力及泥沙输运概化数学模型,模拟了淤泥质海岸闸下港道淤积过程。分别在不考虑径流年内分配变化和考虑径流年内分配变化的情况下,研究了入海径流对港道内水沙动力和冲淤演变的影响。参考前人研究成果,结合量纲和谐准则,根据模型的计算结果,建立了淤泥质海岸闸下港道年均平衡流量与汛期排水比例、河床断面积、外海潮差、潮波变形、港道长度等因素间的河相关系式,对在实际情况中达到动态冲淤平衡的某条特定港道,可简化为港道年均流量与河床断面积间关系式的简化形式,并通过分析实测资料,对公式的简化形式加以佐证。     

流域坡面汇流研究现状述评

对当前坡面汇流计算方法的研究进展进行了较为系统的总结与分析,并对坡面汇流的非线性效应以及城市低影响开发中的雨水入渗与蓄集对坡面汇流的控制作用进行了简要分析。从模型简单实用的角度出发,认为以流域时间-面积关系与线性水库相串联的ModClark法等为代表的概念性分布式坡面汇流模型具有良好的发展前景;考虑到基于等流时单元的变动等流时线法在反映雨强非线性影响中存在的问题,认为根据水文响应单元在不同雨强条件下汇流时间的变化,调整其汇流参数以反映坡面汇流的非线性效应,对于流域坡面汇流的分布式模拟更具有实际意义;针对目前低影响开发设施长时间序列大空间尺度的室外降雨径流监测资料普遍较为缺乏的现状,给出了后期应积极选择合适的技术以加强低影响开发性能监测工作的建议。     

变化环境下石羊河流域年径流频率计算

受气候变化与人类活动的影响,水文序列一致性遭到破坏,传统的频率计算方法受到挑战。针对石羊河流域8条河流年径流量序列,在基于水文变异诊断系统进行变异分析的基础上,采用条件概率分布法和混合分布法进行了变化环境下的年径流频率计算。结果表明,石羊河流域年径流量序列以向下跳跃变异为主,变异年份多集中在1960年附近;变异序列的两种分布均通过K-S检验,最优分布的拟合效率系数均大于0.97;对比由考虑变异的理论分布与不考虑变异的一致性P-III型分布确定的设计年径流量,当设计频率高于90%时,大靖河与西营河的设计年径流量值相差较大。因此,石羊河流域新建水利工程的规划设计,应适当考虑水文资料的变异特性,选择合理的频率分析方法确定设计年径流量。