基于CMIP6模式数据的京津冀山区未来极端降水频率的变化

基于偏差校正后的第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中多个全球气候模式数据,选取三种气候变化情景下3 h降水数据,探究京津冀山区未来极端降水频率值及其相对变化速率的时空分布规律。结果显示:校正后的模式模拟降水与观测数据差异较小,能很好地模拟出未来降水的时空分布变化。相对于历史,多个模式未来不同情景下降水频率值的增速明显,极端降水增多,且超半数模式各情景的增长率处于0%~15%。其中,I区的降水频率值最高,可达162.53 mm,增长率最大约为37%,Ⅱ区和Ⅳ区的降水频率值接近,Ⅲ区的降水频率变化缓慢。空间上,研究区西部、西南部及东北部等地区的增长率较大。

不同土壤湿度和雨强下径流曲线模型的改进

前期土壤湿度条件和降雨强度是影响径流曲线(SCS-CN)模型径流量预测精度的重要因素。分析不同流域下二者对SCS-CN模型性能的影响,对提高模型预测精度至关重要。基于5个半干旱半湿润和湿润流域的降雨径流资料,利用偏相关分析和K-均值聚类改进SCS-CN模型。结果表明:在重新划分前期土壤湿度条件区间后,模型预测能力大幅度提升,有效降低模型平均偏差,纳什效率系数平均提高42.8%。基于最大10 min雨强对SCS-CN模型改进后,纳什效率系数得到一定提高,且半干旱半湿润流域的提升幅度略大于湿润流域。改进的模型在研究流域都取得较好的效果,平均偏差均低于7 mm;除呈村流域非汛期外纳什效率系数均达到0.93,平均提升89%;均方根误差平均降低29.2 mm。

CMADS降水的时空分布评估及分布式水文模拟--以红河流域为例

无资料地区的水文模拟是水文学研究的难点,虽然再分析资料极大地丰富了无资料地区的气象数据,但其质量仍有待商榷。基于红河流域实测气象资料,利用相关系数、均方根误差、标准差比等指标评估了降水的时间一致性,结果表明中国大气同化驱动数据集(CMADS)与实测降水的年内分配规律一致,且CMADS与所有实测降水的相关系数高达0.89。总体上,CMADS对降水存在一定的低估,能反映大部分降雨情况,但在降水等级0~10 mm存在较大的误报率;空间上,从Kappa一致性、空间相关性、相对误差角度进行分析,结果表明CMADS基本能反映降水的空间分布规律。最后,基于校正后的CMADS数据与实测数据分别驱动SWAT水文模型,使用CMADS的模拟结果在大部分站点要明显优于实测数据驱动结果。故CMADS是红河流域的水文气象研究的重要基础数据,可以为红河流域水资源开发利用提供重要的数据支撑。

基于系统聚类和PPCC检验法的极端暴雨风险区划

水文频率分析是评估自然灾害、极端水文气象事件的有效方法。以河北省山洪防治区为例,结合系统聚类分析和概率点据相关系数(PPCC)检验法,分析区域水文频率,计算出不同重现期的暴雨频率估计值,并对研究区不同时段不同重现期下的暴雨高风险进行区划分析。结果表明,研究区划分为四个一致区,其中Ⅰ区适用对数皮尔逊-Ⅲ型分布,Ⅱ区适用耿贝尔分布,Ⅲ、Ⅳ区适用二参数正态分布。暴雨频率估计值随重现期和时段的增加而增大,呈现东南向西北递减的趋势;各时段不同重现期下的暴雨最大值均出现在中南部太行山区和东北部燕山南麓,最小值分布在西北部地区。同一时段不同重现期暴雨频率估计值的空间分布形态相似,但估计值大小随重现期的增加而增大;而同一重现期下不同时段下暴雨频率估计值表现出不同的空间差异性。研究成果有助于河北山区防洪减灾工作的展开。

五种降水数据产品在元江—红河流域的适应性评估

红河作为重要的国际河流,研究不同降水产品在红河流域的适用性,对于丰富区域水资源数据有重要意义。基于红河流域及其附近的29个气象站点实测降水数据,从时间和空间两个角度评估CRU、GPCC、GPCP、PREC/L、APHRO五种产品的降水数据。结果表明,总体上来看,这五种产品均能较好地反映红河流域降水的时空分布特征,综合分析GPCP表现最佳。从年降水量的对比来看,CRU、GPCC、PREC/L、APHRO存在对降水的低估,GPCP存在对降水高估;五种降水数据在旱季的降水精度比雨季表现好,夏季表现最差。在年降水量的空间分布上,五种降水数据整体上均表现出较为一致的空间分布特征;通过计算五种降水数据的降水空间分布图与实测降水空间分布图的Kappa系数,GPCC与实测降水空间分布表现为显著一致,其他降水产品表现为基本一致,且多数格点数据的降水精度与实测气象站点的高程呈正比。评估红河流域多源降水数据集的适用性,极大地丰富了红河流域的降水资料,为资料匮乏地区水资源研究提供了更多可能。