大尺度水文模型TOPX构建及其与区域环境系统集成模式RIEMS的耦合

基于改进型SIMTOP参数化径流方案和新安江模型的三层土壤水量平衡计算方法,本文构建了一个输入数据和率定参数较少、同时具有地形指数尺度转换机制、较好描述二维水文过程的简单高效的大尺度水文模型TOPX,并将其与区域环境系统集成模式RIEMS紧密耦合,以增强区域气候模式对大尺度流域径流量的定量数值模拟能力.TOPX模型在酉水河流域和泾河流域的离线测试表明:该模型对小尺度流域的径流量模拟精度较高,能够较好地描述流域水文变化过程;同时,该模型在大尺度上具有较强的分布式模拟能力,能够捕捉陆面水文过程的主要特征和时空演变特点.TOPX与RIEMS的耦合模式在泾河流域进行了在线测试,借助TOPX模型中的地形指数降尺度转换和水文过程产汇流机制,耦合模式实现了利用区域气候模式模拟的气象资料来驱动水文模型进行大尺度流域日径流量的模拟.进一步分析还表明:区域气候模式RIEMS模拟的降水时空分布数据的精度是影响耦合模式对径流量模拟效果的关键因素.

CERES-Rice模型在中国主要水稻生态区的模拟及其检验

本文利用水稻生长观测资料和气象资料,采用CERES- Rice模型在中国主要稻区开展应用研究,对水稻产量、开花期和生物量等的模拟能力进行了评价。所选试验站点分布在不同的水稻生态区,地跨北纬2 0°0 2′(海南海口)至北纬4 5°4 5′(黑龙江五常)。结果表明,在不同的水稻生态区,CERES Rice模型模拟水稻开花期、每平方米粒数、单位产量及生物量的误差在合理的范围内,其中模拟开花期分布在- 10 %～+15 %的相对误差线内,模拟产量分布在- 15 %～+2 0 %相对误差范围内,模拟和观测值的分布具有很好的一致性。如果考虑田间观测10 %～15 %的误差,且排除害虫和病害的影响可得出以下结论:在中国不同水稻生态区,应用文中的水稻品种,该模型能够合理模拟水稻开花期、产量、生物量及产量构成要素(每平方米粒数)。

中国北方农牧交错带农作物产量时空格局与情景预测研究进展

中国北方农牧交错带是中国少数关键的生态区域和全球变化响应敏感区域之一,对保持中国北方生态系统的农业生态服务功能起着至关重要的作用,该文从中国北方农牧交错带研究的重要性入手,分析了近年来国内外在农作物产量研究方面的进展,提出北方农牧交错带高时空分辨率的农作物产量分布格局和预测研究存在的问题,阐述了对发展北方农牧交错带高时空分辨率的农作物产量分布格局和预测研究的主要方向和途径,对未来气候变化对该区农业生产力和生态环境的影响具有重要意义。

改进型TOPMODEL在不同尺度和气候条件流域上的适用性研究

在阐述TOPMODEL基本原理的基础上,针对现行TOPMODEL地形指数计算方法、产流机制、汇流方式3个方面进行了改进,并将改进后的模型在小尺度湿润的子午河流域和中尺度半干旱的马莲河流域进行了模拟测试。在模拟过程中,定量分析了模型模拟的各个水文过程变量,探讨和揭示了该模型在不同尺度和不同气候条件流域上的适用能力。研究结果表明,改进后的TOPMODEL能够准确地表达实际流域关键地形参数的空间分布特征,客观地描述流域水文过程的内在机理。该模型在小尺度湿润流域测试效果较好,在中尺度半干旱流域虽然精度相对较低,但仍然能够模拟和解译大部分的水文机制。

水文模型与陆面模式耦合研究进展

水文模型与陆面模式耦合是目前全球变化研究中的热点问题,如何实现分布式水文模型与陆面过程模式的双向耦合,并将其有机嵌入大气模式中,是未来大气环流模式(GCM)和区域气候模式(RCM)发展和完善的重要目标之一.在简单介绍陆面过程模式和水文模型发展历程的基础上,对水文模型和陆面过程耦合研究的国内外进展进行了综述,指出了模式耦合中存在的共同问题和未来工作的研究要点.最后,探讨了分布式水文模型与陆面模式耦合在全球变化研究框架中的地位与意义,并展望了陆面水文过程发展的主流趋势和研究方向.

BP神经网络在多普勒雷达降水量的估测中的应用

利用2005年4次降雨过程的多普勒雷达体扫的回波强度资料及相应的雨量计观测资料,通过BP神经网络方法来估测临沂地区的降雨量,同时以改进的最佳窗概率配对法建立的Z-R关系估测的降雨量为对照,进一步验证BP神经网络方法的优越性。根据各个站点的平均相对误差、均方根差、相关系数和相关曲线斜率4个指标的比较,小时雨量和累计降雨量估测结果表明:BP神经网络估测精度要明显优于Z-R关系式,训练样本的精度高于检验样本的精度,BP神经网络估测的降雨量与站点实测雨量吻合性较好,能够较真实地反映地面降雨情况;Z-R关系式估测的降雨量随着雨强的不同表现为不同程度的低估现象。

半干旱区退化草地地表能量收支

利用吉林通榆“干旱化和有序人类活动”长期观测试验站2002年10月-2003年12月在退化草地下垫面获得的近地层湍流通量及能量的连续观测资料（样本间隔30min），分析了半干旱地区退化草地下垫面近地层能量的日变化、季节变化特征；同时还讨论了干湿季转换期及不同季节近地层能量收支特征，以及天气状况对近地面层能量收支的影响。

基于改进型多流向算法的地形指数空间尺度变化分析

地形指数ln(α/tanβ)是流域径流源面积和地下水水位空间分布特征的近似表征,是地形特征参数化的重要指标。基于改进后的地形指数多流向计算方法,在0.5°×0.5°的区域气候模式尺度框架下,探讨了地形离散和平滑效应分别对地形指数尺度变化的影响程度;研究了地形指数在100和1 000 m栅格尺度上的相关性,给出两者在空间尺度上的转换关系;分析区域尺度和全球尺度下地形指数尺度转换的差异及原因。研究结果可以增强地形信息在大尺度水文模型及陆面水文过程中的适用能力。

一种快速生成平面Delaunay三角网的横向扩张法

目前已有多种基于平面上离散点集构造Delaunay三角网的算法,其中三角网扩张法、逐点插入法的平均时间复杂度为O(n2),分治算法和其他分块合并算法能使平均时间复杂度接近线性,但增加了算法的复杂性,从而使浮点计算误差错误发生的机率增大。本文作者提出了一种新算法:将用于构网的离散点集先按横坐标从小到大排序,在空间上表现为从左到右排列;然后先以点序列中的前三个点作为初始三角网,每次将剩余点集中最左边的点联入三角网,最终得到一个三角剖分,再用LOP法优化三角剖分。该算法的优势是具有快速的三角剖分过程,使整体的平均时间复杂度为O(n),并且构网效率高,算法简单。

考虑数据变换的泾河流域月降雨空间插值

对泾河流域各站点1951-2005年多年平均月降雨量数据进行偏斜度分析,并分别做平方根、立方根、对数变换;根据泾河流域自然地理特征选择普通克里格法和梯度距离平方反比法对变换前后的月均降雨量数据进行空间插值,通过交叉验证的检验方法得到以下结论:偏斜度分析对于空间插值意义不大;两种插值方法都是对数变换后的数据插值结果较优,同时考虑高程的梯度距离平方反比法无论数据变换与否其插值精度都没有普通克里格法的精度高。选择对数变换和普通克里格法进行泾河流域多年平均月降雨量插值效果较好,为日降水插值的获得提供了可靠的本底文件。

汉江流域日降水多种小波分解与重构及其时空分布

将汉江流域55个气象站点1981年的日降水数据作为随机信号,借助于小波分析时间变化特征,利用Haar等7种小波函数分解日降水信号,采用Kriging空间内插方法把分解得到的小波系数空间离散化,在每个100m×100m栅格上进行小波的重构,从而实现随机性较高的日降水信息的时空降尺度,以期得到较为准确的日降水时空数据集。利用该流域另外45个气象站点1981年的日降水数据进行时空模拟结果的验证。通过平均误差等指标的定量评估,结果表明,采用Haar小波母函数对日降水信号进行分解与重构能够最准确地表达日降水的时空变化特征,更能充分表达日降水的高度随机性本质特征。

陆面模式中土壤呼吸的研究概况

土壤呼吸是陆地植被吸收的CO2返回大气的基本途径,土壤呼吸速度轻微变化也会引起大气中CO2浓度的明显改变,进而影响气候变化。陆面过程模式中更好地描述土壤呼吸过程对于预测未来气候变化是至关重要的。对于土壤呼吸的模拟研究,介绍了经验模型和以过程为基础的机理模型,以及国内外陆面过程模式中土壤呼吸的研究情况,并讨论了土壤呼吸模式中需要改进的问题。