不同优化算法在新安江模型参数率定中的效果评估

针对水文模拟预报中需要寻求实用、稳健、高效的优化算法并据此确定参数的全局最优解的问题,以綦江流域典型控制断面五岔断面为研究对象,分别选取GA、SCE-UA、CMA-ES、PSO等4种优化算法进行分布式新安江模型汇流参数率定,并从有效性、稳定性、耗时和效率4个方面评估算法的参数率定性能。结果表明:CMA-ES算法优化效果最佳,相同迭代次数下耗时最少;SCE-UA算法稳定性和效率最高,但耗时随着迭代次数增大而显著增加;PSO算法有效性和效率相对较优,但稳定性最差;GA算法耗时相对较少,优化效果和效率最差;综合性能从优到劣依次为CMA-ES算法、SCE-UA算法、PSO算法、GA算法。

水文相似性研究进展

针对现有研究对水文事件相似性关注不多,且水文事件相似性缺乏统一概念的问题,从流域和水文事件两个层次阐述了水文相似性的概念,系统回顾了水文相似性在模型参数区域化研究、水文时间序列相似性分析等方面的最新进展,总结了研究中存在的问题并做出展望;指出水文相似研究应从加强内在机理性、提升水文模型参数区域化水平、强化水文事件相似性在实时预报调度中的应用等方面继续深入研究。

近60年辽宁省极端气候事件时空演变规律分析

全球变暖导致极端气候事件频发,给自然和人类社会带来极大的危害。基于RclimDex模型和去趋势波动分析法(DFA),分析了辽宁省1960年~2019年10项极端气候指数的时空分布特征和未来一段时间内的变化趋势。极端降水指数研究表明,辽宁省近60年极端降水指数年际间波动幅度较大;空间分析显示辽宁省东部山脉地区极端降水强度高于西部地区;5日最大降水量的DFA值达0.713,表明区域集中降水事件将持续增多。极端温度指数研究表明,辽宁省近60年来气候明显变暖;持续无雨加上高温使辽西地区更易遭遇干旱灾害;DFA分析中4项极端温度指数均具有较好的长程相关性,表明辽宁省未来20年气候将保持持续变暖趋势。研究成果对于今后辽宁省科学应对极端气候具有重要意义。

基于Budyko假设和微分方程的淮河上中游径流变化归因分析

为探究淮河上中游流域气候变化和人类活动对不同时间尺度径流特征的影响,采用包括高流量、平均流量和低流量在内的7个流量指标表征径流变化特征,运用Mann-Kendall趋势检验、滑动T检验识别各流量指标的突变年份,并利用推导出的流量指标变化微分方程改进原有的基于Budyko假设的方法,从而定量识别气候变化与人类活动对径流变化的贡献率,并构建了土地利用转移矩阵分析人类活动对径流特征变化的驱动机制。结果表明:淮河上中游大部分径流特征在突变年份后呈现下降趋势,其中平均流量特征最为明显,下降幅度为2.25%~44.25%;高流量指标、汛期径流深与气候指标的相关性最高,相关系数为0.859~0.987,低流量指标和非汛期径流深的相关性较低;气候变化和人类活动使得大部分径流特征呈下降趋势,其中人类活动为主导因素,其在息县、王家坝、鲁台子和蚌埠站的贡献率范围分别为87.55%~98.46%、80.91%~88.50%、80.42%~92.42%和83.23%~99.99%。

新安江模型敏感参数动态变化规律研究

为了提高新安江模型在变化环境下的模拟精度,揭示模型参数动态变化规律,以淮河上游大坡岭流域为研究区构建分布式新安江模型,采用Spearman相关系数对比分析了模型敏感参数(KC、SM和CS)动态变化与环境因子(降水、气温和归一化植被指数)的变化关系,并建立了回归方程用于未来参数计算。结果表明:参数KC和SM的动态变化反映了研究区域的降水、气温和植被条件变化,而参数CS的动态变化仅反映了年降水总量变化;相较于静态参数,动态参数的模拟结果精度显著提高,径流深相对误差均值从21.3%降低到9.1%,纳什效率系数均值从0.75提高到0.81,动态参数比静态参数更适用于当前变化的环境。

大通河流域降水结构的演变特征及其驱动力探究

论文以青藏高原大通河流域为例,分别采用基于日、月降雨集中度指标(CI和CIM),表征大通河流域的降水结构特征,并分析其演变特征;采用交叉小波分析探究太阳黑子和大气环流异常指数太平洋10 a涛动(PDO)、厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)、北极涛动(AO)与流域降水结构变化的联系。结果表明:1)流域南部的年均CI值高于北部,中部的年均CIM值高于流域其他部分;2)流域年CI值上升趋势明显,而其年CIM值具有明显下降趋势,且两者的一致性被破坏;3)太阳黑子对于流域降水结构影响最为显著,AO和ENSO的影响次之,PDO的影响最弱。研究成果有助于揭示大通河流域降水结构的驱动机理,为其模拟与预测奠定坚实的基础。