高质量推进幸福河湖建设的认识与建议

幸福河湖是维护河湖生命健康和发挥社会服务功能的有机统一体,为新时期河湖保护治理指明了方向。当前,幸福河湖建设工作已在国家和地方层面积极推进,并取得一些成效。通过归纳幸福河湖的相关概念和内涵,梳理幸福河湖的有关评价体系和指导性文件,总结主要实践成效,进一步剖析幸福河湖建设过程中存在的认知偏差以及在推进方式、技术和投入保障等方面存在的问题,最后提出了深化共建共享、强化河湖长制、夯实数据底板等高质量推进幸福河湖建设的建议。

吴中区河湖保护治理的主要措施与成效

分析了吴中区河湖基本情况和河湖保护与治理面临的主要挑战,总结了吴中区依托河湖长制,从水量、水质、水域、水流和水生态等方面系统治水,全面推进河湖保护治理、打造幸福河湖的主要思路和措施,并以石湖作为主要典型,阐述近年河湖保护治理的主要成效。

1960—2019年永定河流域降水演化特征

基于永定河流域内及周边53个气象站1960—2019年逐日降水资料及其插值数据,采用多种变异诊断方法研判永定河流域降水演化特征,结果表明:1)年降水量存在下降趋势,夏季降水量下降趋势显著,春季、秋季、冬季降水量呈上升趋势;2)在空间上,年降水量在大部分地区呈不显著的下降趋势,官厅水库以下较小的范围呈显著下降趋势,春季、秋季和冬季降水量基本呈不显著上升趋势,仅在部分区域呈不显著下降趋势,夏季降水量与其他季节相反,在流域大部分范围呈下降趋势;3)降水要素存在突变性,突变后年降水量的变化为极小值增大、极大值减小,7—8月降水量的变化为整体降低。

顾及分类与定量误差订正的数值预报降水统计后处理方法

采用统计后处理方法的数值预报降水是延长水文预报有效预见期的重要途径,已有统计后处理方法不能同时订正预报降水的分类和定量误差,且对预报降水有效预见期的影响关注不足。提出耦合经验分位数映射模型(EQM)和伯努利-元高斯模型(BMGD)的统计后处理方法EQM-BMGD,建立用于有效预见期评价的综合精度指标,应用于汉江流域。研究结果表明:EQM-BMGD集成了2种单一方法的优势,并输出了更高精度的预报降水;订正后面平均预报降水各预见期晴雨预报准确率(O P)和绝对平均误差(E MA)的增益均超过了10%,预见期222~228 h的O P仍接近0.7且E MA低于0.7 mm/(6 h),有效预见期延长18~66 h;在栅格尺度上,所有栅格在预见期96~102 h的O P和E MA增益分别超过10%和20%,除西南少数栅格外,O P超过0.8同时E MA控制在1.0 mm/(6 h)以下,北部部分栅格有效预见期延长了18~54 h。EQM-BMGD被证实能够兼顾分类和定量误差的削减,丰富了数值预报降水统计后处理方法的选择。

长江流域灌溉对极端高温的冷却效应研究

灌溉是对区域气候影响最大的土地管理类型之一,近几十年来其影响日益加剧。大量的研究表明灌溉具有冷却(降温)效应,尤其是在干旱和半干旱地区,但在湿润地区降温效应不显著,且对极端高温的冷却效应研究较少。研究采用滑动窗口搜索算法,基于全球网格温度数据集和历史灌溉分布数据集,应用多元线性回归技术分离实测数据中其他因素的气候效应,分析长江流域灌溉面积比例增大对极端高温的影响,并采用耦合灌溉模块的WRF模型设置对照试验,进行数值模拟验证。结果表明,长江流域灌溉对极端高温具有降温效应,冷却效应的强度取决于灌溉面积比例,随着灌溉面积的增加,冷却效应变得更加明显,但当灌溉面积比例超过阈值(0.25~0.30)时,降温效应会逐渐减弱。数值模拟试验验证了基于观测数据的分析结果,但模型会在一定程度上高估灌溉的冷却效应。同时,研究发现灌溉可以增加土壤湿度、潜热通量,减少显热通量和土壤热通量,随着灌溉面积比例的增大,地表湿度增加且反照率降低,降温效应会被削弱。研究成果可为长江流域农业灌溉的科学管理提供理论依据,具有重要的科学意义。

对雨洪资源利用的再认识

雨水和洪水是宝贵的自然资源,雨洪资源利用是具有悠久历史的重要水资源开发利用方式。近年来雨洪资源利用的实用性技术获得了蓬勃发展,但对其基本概念尚存在明显的认识误区,相关概念和术语的不规范使用给研究和实践带来了混乱。鉴于此,从有关历史和现实情况出发,根据水文学基本理论,对雨洪资源利用进行了再认识,明确了雨水、洪水的自然资源和水资源属性,阐明了雨水资源利用和洪水资源利用的基本内涵和定义,辨析了雨水资源利用和洪水资源利用之间的关系,并澄清了“雨水资源化”“洪水资源化”等术语的规范性。对雨洪资源的思考和认识有助于夯实雨洪资源安全高效利用的理论基础,为科学开展雨洪资源利用评价、规划和技术创新及应用创造了条件。

遥感和再分析蒸散发数据精度评估:基于GRACE和流域月水量平衡模型的比较研究

采用GRACE陆地水储量变化数据和两参数月水量平衡模型(WBM-DP)分别构建了流域实际蒸散发月序列ET GRACE和ET WBM,以此为基准评价了两种遥感蒸散发数据MOD16、SSEbop和一种大气再分析蒸散发数据GLDAS-Noah在汉江流域上游的性能,解析了基准序列不同对蒸散发数据精度的影响。结果表明,GRACE数据和WBM-DP得到的2006—2014年汉江流域上游蒸散发基准序列在年尺度上较接近,但在月尺度上差异明显。WBM-DP可较好地模拟降水和潜在蒸散发作用下流域水储量的季节性变化特征,构建的蒸散发基准序列也更合理;而GRACE数据反映的流域水储量变化存在不合理现象,由此根据水量平衡方程推算的月蒸散发基准序列也具有异常现象。在月尺度上,基准序列的不同会导致蒸散发数据精度指标的非一致性变化,其精度评估结果也可能不同,在非汛期各月,以ET WBM为基准时,MOD16综合精度最优;而以ET GRACE为基准时,SSEbop最优。且相对于ET GRACE,以ET WBM为基准时,MOD16、Noah和SSEbop的定量精度差异更加显著。本文深化了对GRACE数据适用性的认识,可为卫星遥感和大气再分析蒸散发数据的精度评价和数据优选提供参考。

江苏省太湖流域MSWEP数据与地表站网雨量资料融合研究

以江苏省太湖流域采用空间降尺度处理后的MSWEP日降水数据为基础,开展基于地理加权回归方法的MSWEP与地表站网资料的降水融合研究,解析了降水融合数据较原始MSWEP数据的精度改善情况。通过对1979—2019年的长系列研究结果发现,MSWEP日降水与站网降水融合后,对研究区域日雨量场空间变异性的刻画能力明显提高,其平均绝对误差、相关系数等各项定量精度指标均有所改善。

基准降水对GPM数据精度的影响——以南京“20170610”极端降水事件为例

现有文献多采用两种途径生成评价GPM等卫星遥感反演降水数据精度的基准资料:站点基准降水和插值基准降水,然而,关于基准资料生成方法对卫星降水数据精度的影响以及应优先采纳哪种基准资料尚缺乏深入研究。因此,本文以南京“20170610”极端降水事件为例,利用地面稠密雨量站的观测资料,设计了不同地表雨量站点密度下的随机抽取试验,解析了不同地表基准降水条件下IMERG Early、IMERG Late和GSMaP NOW三种GPM数据的精度特征。结果发现,基准降水对GPM数据精度的影响与雨量要素、数据类型、指标类型、站点密度有关。进一步以高超密度站点插值降水作为“真实”降水,量化了不同站点密度条件下两种基准降水的误差,发现对于24 h累积雨量和逐小时降水过程,存在一定的雨量站点平均密度临界值。若雨量站点密度高于该临界值,以插值降水为基准评价GPM数据的精度更合理,否则采用插值降水和站点降水为基准均可。本文研究深化了对GPM降水数据误差特性的认识,可为合理选取评估卫星降水数据的地表基准数据生成方法提供参考。

MSWEP对江苏省太湖流域日降水量和极值降水量的表征能力解析

基于1979—2019年江苏省太湖流域雨量站实测降水资料,综合解析了全球性降水资料MSWEP(multi-source weighted-ensemble precipitation)对日降水量和各历时极值降水量的表征能力。结果表明:MSWEP对研究区日降水量总体上有较强的解释能力,但在山丘区较集中的湖西区和以水域为主的太湖区两个水利分区的精度相对较差,同时MSWEP难以捕捉到暴雨等级的日降水事件;MSWEP可大致反映研究区各历时极值降水量的空间分布格局,但在细节特征上与地面降水场仍有一定差异;随着历时增加,MSWEP极值降水量的精度不断提高,MSWEP对15 d及更长历时极值降水量具有较强的定量表征能力;MSWEP日降水量和极值降水量的误差与降水强度之间均有显著的线性负相关性,存在较明显的“低值高估、高值低估”现象,且MSWEP的精度与空间尺度有关;在研究区面平均尺度上,由于降水量的空间均化效应和尺度不匹配性的消除,MSWEP对日降水量和极值降水量的表征能力明显优于栅格尺度。

基于ATAK的MSWEP数据空间降尺度及对降水融合的影响研究

全球性降水数据为获取大范围降水空间分布提供了新途径,但其空间分辨率不高一直是制约其应用于流域或区域尺度上的重要因素之一,因此研究全球性降水数据的空间降尺度方法具有重要的理论和实用价值。本文采用从区域到区域的Kriging(Area to Area Kriging,ATAK)和反距离权重(Inverse Distance Weighted,IDW)两种方法,不考虑地面雨量资料及影响雨量的有关辅助信息,在汉江流域将全球性降水数据MSWEP的空间分辨率由0.1°×0.1°提高至0.02°×0.02°。结果发现ATAK降尺度得到的月雨量场虽然在统计精度上与IDW无明显差异,但提高了对月降水量局部空间变异特征的描述能力,在一定程度上克服了IDW的平滑效应。进一步以ATAK、IDW降尺度处理后的MSWEP数据以及不作空间降尺度处理的原始MSWEP数据为背景场,采用GWR方法分别与雨量站网降水数据融合,发现3种情况下得到的月降水融合数据在空间基本格局上相同,精度统计结果也较为接近,但雨量场的空间连续性及细节特征仍有一定差异。在地表雨量站网密度较高的情况下,背景场差异对MSWEP和站点降水融合结果的影响不能完全消除,甚至在局部可能放大。因此,对于MSWEP等全球性降水数据与站网降水资料的融合而言,选择适当的空间降尺度方法是必要的。本文的结论和认识为全球性降水数据的空间降尺度和雨量场精细化估计提供了重要参考。

国内外城市雨洪管理指标体系对比及启示

针对当前我国海绵城市控制指标体系存在的问题,在系统分析代表性发达国家城市雨洪管理指标体系的基础上,对比了国内外城市雨洪管理指标体系的异同,总结了发达国家指标体系对我国的借鉴意义。我国与发达国家在项目自身设计指标以及衡量建设效果的控制指标方面均存在一定差异,今后可考虑在我国雨洪管理指标体系中新增入渗控制指标、洪水控制指标、舒适性指标和生态指标,以完善现有海绵城市控制指标体系;应充分结合各地水质条件、气候条件和经济发展水平,系统研究制定控制指标,同时应加强部门间的沟通与磋商机制建设,确保指标的实施效果。