干旱区平原绿洲散耗型水文模型——Ⅱ模型应用

以地处我国西北内陆的阿克苏河平原绿洲为研究对象,在所建立的干旱区平原绿洲散耗型水文模型的基础上,开展了对模型的实证研究,并对相关结果进行了分析。在阿克苏河流域平原区1980-1995年逐月水量平衡研究中,模拟结果比较符合研究区水盐监测的结果,模型效率系数超过90%,多年平均相对误差仅为3 6%,证明模型在干旱区具备很好的模拟精度,在我国西北内陆干旱区绿洲有进一步应用的前景。

青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化研究进展

近几十年来,随着全球气候变暖,青藏高原降水整体呈现增加趋势,气候暖湿化趋势明显;与此同时,位于青藏高原东南缘的中国西南地区整体上呈现暖干化趋势,干旱事件频发。探讨青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化、揭示降水趋势性变化的原因已经成为当前研究热点。本文评述了近年来青藏高原降水的水汽来源研究,重点关注青藏高原变湿、西南地区变干的水汽来源变化原因以及青藏高原南北水汽来源差异,讨论了尚未解决的科学问题,展望了未来研究方向。现有研究表明,青藏高原以西的西风带控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现减少趋势,青藏高原以南和以东的季风控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现增加趋势,上述水汽源区贡献变化导致了青藏高原及其周边不同区域降水趋势性变化的差异。展望未来,水汽来源分析的模型和数据需要进一步验证及减少不确定性,青藏高原下垫面和蒸散发变化对周边地区降水的影响机制研究有待加强,全球变化与青藏高原降水水汽来源变化的关系尚需深入分析。

干旱区平原绿洲散耗型水文模型——Ⅰ模型结构

针对干旱地区平原绿洲水土资源利用的特点,建立了以农区土壤水为中心的干旱区平原绿洲散耗型水文模型。散耗型模型考虑了水在不同介质和不同形态之间的交换或转化,并重点考虑人类活动如引水灌溉、地下水的开采等对水平衡的影响。模型把研究区划分为河段、泉井、水库湖泊、农区和非农区五类水均衡模块,水均衡模块之间通过地表渠系、地下水侧渗进行水量交换。应用模型可以对研究区农区、非农区各自的蒸发量、农区向非农区地下水迁移量等干旱区主要水分散耗项进行分析。

黄河流域水文气象要素变化及与东亚夏季风的关系

为研究黄河流域水文气象要素变化规律,并揭示各要素与东亚夏季风之间的潜在关系,建立了全流域VIC水文模型、MK突变检验和MK相关检验。结果表明:从20世纪80年代中期开始,流域绝大部分地区气温上升趋势明显,而降水、蒸散发、径流深和土壤湿度呈整体减小趋势,且中游地区减幅最大。各要素与东亚夏季风相关密切,但空间差异性明显。气温与东亚夏季风强度普遍呈负相关,且宁蒙河段及内流区相关性显著;其他要素则相反,正相关显著区域主要位于河口镇到三门峡区间。研究还发现相比较降水,黄土高原径流深对夏季风强度变化更为敏感。因此,对东亚夏季风的研究可为预测黄河流域内水文过程及水资源的变化提供重要的科学参考。

东亚和南亚夏季风对中国季风区径流深影响

为揭示中国东部季风区径流深对东亚和南亚夏季风变化的响应规律,建立了八大流域VIC(Variable Infiltration Capacity)水文模型以及应用了Mann-Kendall和局部加权回归分析(Locally Weighted Scatter Plot Smoothing,LOWESS)相关性检验方法,并分析了径流深系数空间变化情况。结果表明:东亚夏季风与径流深显著性相关范围要明显大于南亚夏季风,主要位于长江流域以北和松花江流域以南的广大地区以及华南部分地区,并分别成正相关和负相关;而南亚夏季风与径流深显著性正负相关的区域则分别位于华南地区及长江流域上游部分地区。此外,季风区径流深系数空间差异明显,易产流区主要位于长江流域及东南沿海地区,而黄河及海河流域则产流较难。因此,对东亚及南亚夏季风的研究可为预测中国东部不同地区的水文过程及水资源变化提供重要的科学参考。

气候变化下中国未来综合环境风险区划研究

综合环境风险区划是变化环境下开展综合防灾减灾工作的基础,对于综合风险防范措施的制定具有指导意义。以农业、生态和人群3个系统为主要受灾体,从作物产量、生态系统变迁、高温热浪对人群的影响3个方面综合评估了4种典型浓度路径（Representative Concentration Pathways）RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下21世纪末期（2071-2099年）的中国综合环境风险,并以RCP8.5情景为例编制了未来综合环境风险区划。结果表明,该时期中国综合环境风险主要出现在黄淮海地区、华南部分地区和青藏高原部分地区。综合环境风险区划共分为6个一级区和43个二级区;一级区分别为西北低风险区、东北生态较低风险区、青藏高原生态中度风险区、晋陕生态-农业中度风险区、华南农业高风险区、黄淮海农业-热浪高风险区。

2000—2014年黄土高原植被叶面积指数时空变化特征

研究植被叶面积指数(LAI)时空变化特征,对植被的水土保持效具有重要意义。利用MOD15A2H遥感产品,基于Mann-Kendall趋势检验与Sen斜率分析方法,提取区域尺度与像素尺度上的植被LAI变化特征,并基于不同子流域、坡度、坡向及植被覆盖类型,对植被LAI的变化特征进行分析。基于MOD44B遥感产品,利用线性回归和偏相关系数,分析植被LAI的变化原因。结果表明:1)黄土高原2000—2014年,植被LAI呈显著增加趋势,其年绝对变化幅度为0.042,年相对变化程度为2.71%。2)空间上,在黄土高原58.6%的区域,LAI呈现显著增加趋势,仅有0.9%的区域LAI呈现显著减少趋势。植被LAI剧烈增加,主要发生在河口—龙门区间,包括皇甫川、窟野河、无定河和延河。植被在15°~35°的坡度上,LAI变化程度最剧烈,其变化在各坡向上没有显著差异,农田和草地的LAI变化程度最剧烈。3)与植被总覆盖度相比,植被垂直维结构与黄土高原植被LAI的变化更为相关,其中树木覆盖度的增加,是植被垂直维结构变化的重要原因之一。

淮河流域(河南段)水质时空变化特征及其与土地利用类型的关系

水质的定量评估有利于地方政府制定和实施水污染防治政策.为研究近期淮河流域行政区划尺度上水质的时空变化特征及其受土地利用类型的影响,以淮河流域(河南段)为研究区,根据2009—2017年31个水质站点的水质周测浓度,结合土地利用遥感监测数据,利用季节性Mann-Kendall趋势检验法及Spearman相关分析法,对ρ(CODCr)、ρ(NH4^+-N)和ρ(TP)的时空变化特征及其与土地利用类型的相关性进行分析.结果表明:①在时间上,ρ(CODCr)、ρ(NH4^+-N)和ρ(TP)在大部分地区呈下降趋势,但各水质指标依然较高,ρ(CODCr)和ρ(TP)在丰水期略高于枯水期,ρ(NH4^+-N)在枯水期高于丰水期.②在空间上,水污染比较严重的有沱河、浍河、惠济河、涡河、贾鲁河、清潩河、颍河中游、黑茨河、汾泉河和洪汝河,大部分站点为GB3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类或Ⅴ类水质,部分站点甚至属于GB3838—2002劣Ⅴ类水质;而颍河上游、北汝河、沙河、淮河干流及史灌河的水质较好,基本属于GB3838—2002Ⅰ类或Ⅱ类水质.③土地利用类型与水质之间的相关性表现为ρ(CODCr)、ρ(NH4^+-N)、ρ(TP)与旱地和城镇面积占比均呈正相关,与林地、草地和荒地面积占比均呈负相关,与水域面积占比也呈负相关但不显著.研究显示,淮河流域(河南段)水质有所改善,但部分地区水污染问题仍然比较严重,旱地与城镇用地是造成研究区水污染的主要原因,林地、草地、荒地和水域能够缓解水污染.

陆气相互作用

陆气关系研究是地球物理科学的水文科学领域的一个重要分支,主要关注陆气相互作用,即陆地表面与大气之间热量、动量、水分交换及其对地表能量收支和水文循环的影响和调节,揭示大气活动对陆地表面特征响应及反馈机制,定量表征气象气候系统响应外部强迫和调整内部变化。陆面热力状况、土壤湿度、积雪、植被覆盖等要素通过潜热/感热通量影响边界层垂直结构和混合过程,进一步对陆地本身、边界层、大气环流、区域乃至全球气候产生重要影响。

气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响

澜沧江-湄公河(澜湄)流域南北跨越了25个纬度,流域上下游气候差异明显。同时遭遇干旱或湿润通常不利于上下游水资源合作,而水文气象条件正常或上下游间的干湿条件不一样时有利于缓解流域内的竞争性用水状况。为探究气候变化对澜湄流域上下游水资源合作潜力的影响,基于普林斯顿降水数据集与全球气候模型预估数据,利用标准化降水指数(SPI)和Copula函数计算了历史时期(1985—2016年)与未来时期(2021—2090年)澜湄流域上下游同时面临干旱、湿润以及干湿存在差异的发生概率。基于典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景的预估结果显示与历史时期相比,未来时期澜湄流域在RCP4.5与RCP8.5情景下具有相似的变化趋势,即:遭遇同期湿润的概率在逐渐增大(最大达到199.5%),遭遇同期干旱的概率则在逐渐减少(最小达到-35.9%),而遭遇干湿差异时期的概率在所有时段均大幅减少(-53.1%^-42.5%)。未来澜湄流域上下游同期湿润概率的增加和遭遇干湿差异概率的减少预计将加大上下游面临水资源竞争的可能性,从而对澜湄流域各国家之间的水资源合作产生不利影响。这一研究可以为澜湄流域水资源合作策略的制定提供科学参考和依据。

基于MERIT DEM和DRT升尺度化算法的多分辨率全国河网数据集构建

相对较粗空间分辨率(>1 km)的水文网络或水文地理数据集是大尺度水文及陆面过程模型的基本输入数据,需要从数字高程模型中提取高分辨率河网并通过升尺度化获取。MERIT DEM是消除了复合误差的新版全球高分辨率(90 m)数字高程模型,提取的高分辨率河网信息更为精准。DRT是当前国际水文领域常用的高效河网自动升尺度化算法之一,可将高分辨率河网的结构特性完好地输出到粗分辨率河网。该文选取MERIT DEM的中国部分作为数据源,通过DRT升尺度化算法获取全国1°、1/2°、1/4°、1/8°、1/10°、1/16°分辨率的河网数据(流向、河网、流域面积、流距),并采用目视检验、流域面积一致性检验、流距评估等方法综合验证了DRT升尺度数据集的质量。结果表明,DRT算法性能优越,生产的大尺度数据集准确地保护了河道位置、流动方向和流域面积等在高分辨率DEM中描绘的水文特征,将有效降低我国境内流域水文模拟中由水文地形参数化引起的不确定性。

黄河中游生态水文模型及洪旱灾害风险评估

黄河中游地区生态环境脆弱,易受到严重的洪旱灾害威胁。近年来,在大规模梯田建设和植被恢复工程等人类活动影响下,黄河中游水土流失治理水平稳步提高,发挥了消洪抗旱减灾的作用。但与此同时,黄河中游植被建设导致土壤干层加剧、产流产沙下降,增加了干旱风险;城市扩张也导致城市化地区孕灾环境剧变,暴雨洪水风险增加。目前针对变化环境下流域水文—泥沙—植被协同演变机理的认识还不够清楚,需要充分考虑工程扰动后流域水文—泥沙—植被重新建立新平衡的过程,科学评估大规模梯田建设、植被恢复工程和城市扩张等人类活动对洪旱灾害风险的影响,发展变化环境下黄河中游智慧化生态水文模型,预估大规模人类活动对洪旱灾害的长期后继影响,为黄河中游生态建设与水利工程协调发展有效防范化解洪旱灾害风险提供科技支撑。

心系“国家事” 肩扛“国家责”

加入中国共产党是许多先进分子的理想和追求。从申请入党到正式投入党组织的怀抱,每一位入党积极分子都经历了深刻的思想转变与蜕变,他们的每一步成长,都凝结着组织的关心培养,也映射出其追求真理、向往崇高的思想轨迹。自本期起,本刊推出“入党汇报”栏目,通过摘选入党积极分子、发展对象的入党申请书、思想汇报和入党志愿书等有关内容,与广大读者一起感受这些先进分子的心路历程,进一步增强.初心使命意识,进一步锤炼党性修养。

青藏高原河川径流变化及其影响研究进展

青藏高原被称为世界'第三极',又有'亚洲水塔'之称,对其周边地区的水文和气候系统有重要影响.青藏高原是亚洲许多大河的发源地,其冰川与河川径流变化影响到周边数十亿人口.本文介绍了青藏高原河川径流观测现状,回顾了青藏高原河川径流变化研究. 20世纪50年代至21世纪初,黄河源区年径流呈减少趋势、长江源区年径流呈微弱增加趋势,青藏高原其他江河源区的年径流没有显著的变化趋势.黄河上游、澜沧江上游、沱沱河及拉萨河源区的春季径流有增加趋势.未来气候变化情景下,随着降水和冰雪融水增加,青藏高原大部分河流源区径流增加,洪水等极端水文事件发生更加频繁.青藏高原河流源区水文气象观测资料稀缺,是河川径流变化及其影响研究的重大挑战.青藏高原水文研究亟需结合最新观测与模拟技术,提高水循环观测与模拟能力,深入认识青藏高原河川径流复杂性及其变化规律,为径流变化的影响评估及其应对提供科技支撑.

遥感陆地水循环的进展与展望

随着遥感技术的不断进步,许多陆地水循环的变量已经能够通过遥感定量估算。遥感方法能够提供大范围、长周期的水循环变量数据,这极大地推进了人们对陆地水循环过程的认识和理解。阐述了遥感观测陆地水循环重要变量的基本原理,回顾了陆地水循环遥感主要技术方法的重要进展和最新成果,指出下一步可能的发展方向。尽管目前遥感技术具备获取大范围水循环关键变量的能力,但是遥感估算的水循环分量还难以满足基本的水量平衡,表明当前遥感数据的水文一致性还待加强。未来遥感陆地水循环研究的发展一方面需要新型传感器和平台来提供更高精度且时空一致的观测数据,另一方面需要开展大型地面水循环同步全过程观测试验来对遥感产品进行深入评估,以促进遥感技术在陆地水循环研究中的应用。

陆地水循环过程的综合集成与模拟

在气候变化与人类活动的影响下,陆地水循环过程发生了明显改变,并导致了一系列资源环境问题。深入认识陆地水循环过程的变化机理,发展陆地水循环过程综合集成模拟技术,预估未来陆地水循环的变化趋势,是当前水循环研究面临的重要任务。主要关注人类活动影响下的大尺度(大河流域或大陆尺度)陆地表层系统水循环模拟,梳理了近年来陆地水循环过程综合集成与模拟相关的研究进展,指出当前大尺度陆地表层系统水循环模拟模型的主要问题是对自然过程与人类活动过程间相互作用描述不足,以及人类活动参数化方案的不完善。因此,完善人类活动参数化方案,构建陆地水循环过程的综合集成模型,是模拟研究的重要发展方向之一。同时,考虑多要素过程的综合集成模型有助于解释气候变化与人类用水活动影响水循环变化的关键机制,为探索变化环境下陆地水循环变化成因及其效应提供理论与实践基础,其结果将为区域水资源配置及应对全球变化的战略决策提供科学依据。

人类用水活动对大尺度陆地水循环的影响

随着人口增长和经济社会快速发展,人类活动已成为陆地水循环变化的重要驱动因子,人类用水活动对陆地水循环的影响越来越受到人们的关注。回顾近年来人类用水活动对大尺度陆地水循环影响方面的研究进展;阐述灌溉、生活和工业用水、水库调节以及地下水利用等典型人类用水活动影响大尺度陆地水循环的过程与机制,并在此基础上探讨了陆面水文模型中人类用水活动参数化方案及其存在的问题。目前,陆面水文模型对人类用水活动的考虑依然不足,使得应用模型模拟陆地水循环和评估变化环境下水资源安全面临挑战。展望未来,深入认识人类用水活动与水系统的影响与反馈,开发考虑人—水系统协同演化的水系统综合评估模型,预估水安全形势的演变趋势,将成为陆地水循环和水资源研究的长期重要任务。

“亚洲水塔”变化对下游水资源的连锁效应

青藏高原及其周边地区是亚洲大河文明的重要水源地,被称为“亚洲水塔”。“亚洲水塔”变化引起的水资源连锁效应与下游几十亿人民生活和社会发展息息相关,是下游地区实现联合国可持续发展目标的重要影响因素之一。在全球变化背景下,“亚洲水塔”下游流域水资源开发利用强度不断提高,水安全问题日益复杂和突出,“亚洲水塔”变化给下游地区水治理带来新的挑战。“亚洲水塔”变化改变河源区下泄径流,导致冰湖溃决等极端水文事件频发,威胁到下游地区供水安全、防洪安全和生态安全。文章通过分析“亚洲水塔”变化对下游水资源影响及相关研究不足,提出应加强青藏高原环境变化与下游流域水资源研究的结合,发展全流域水循环过程综合集成与模拟技术,阐明流域上下游的关联机制与“亚洲水塔”变化对下游水资源的连锁效应,提出风险应对措施与方案。

全球变化水文学:陆地水循环与全球变化

1引言全球变化水文学是全球变化研究与水文学交叉的一门新兴前沿学科.全球变化水文学综合水文学、气候学和地理学,研究不同时间和空间尺度上陆地水循环与全球变化相互作用,其核心目标是理解陆地水循环演变的自然和人为因素及其影响与反馈.随着地球演化进入人类主导的新地质时代——"人类世",在气候变化、土地利用/覆盖变化、人类用水活动等因素影响下,陆地水循环系统正在发生快速变化,水文过程呈现非稳态特征,对水文学的更新与发展提出了新需求(Abbott等, 2019).在此背景下,全球变化水文学(Global Change Hydrology)应运而生,试图厘清水循环变化的自然波动和人类"印记",以更好地理解水循环变化,为水资源可持续管理服务.

水文学研究进展与展望

水文学是研究地球上水的起源、存在、分布、循环运动等变化规律,并运用这些规律为人类服务的知识体系。水文学研究经历了由经验到理论、由简单过程到复杂系统、由定性描述到定量模拟的发展历程,其学科体系演进与科学技术进步及社会发展需求紧密联系,并由此衍生出诸如生态水文学、气象水文学、冰冻圈水文学、遥感水文学、同位素水文学、城市水文学、社会水文学等多种交叉研究领域与分支学科。当今水文学研究在水文多尺度观测、陆面—水文—社会耦合模拟及多源观测—模型同化技术等领域取得显著进展,水文学研究的广度和深度不断拓展。未来水文学研究将面向陆地水文循环的变化规律及其效应,重点关注水文循环变化特征和机理、水文循环变化趋势预估及水文循环变化的自然和社会影响等前沿课题;从原有就水论水研究思路转向在自然地理综合分析框架下以水循环为纽带开展的多尺度、多过程集成研究。