不同降水产品及WRF-Hydro模式在黄河源区的适用性分析

黄河源区是黄河流域主要的产流区和水源涵养区,研究和探索该区域陆面水文过程对理解陆面过程及水文循环特征,揭示陆面—水文耦合过程具有重要的科学意义。本研究基于2009~2018年中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据(China Meteorological Forcing Dataset,简称CMFD)、全球高分辨率降水数据集(Climate Prediction Center Morphing Technique,简称CMORPH)、热带降雨测量卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,简称TRMM)及全球陆地数据同化系统(Global Land Data Assimilation System,简称GLDAS)降水,评估了四类降水产品在黄河源区的降水精度,在此基础上,利用最优降水数据驱动独立运行的天气研究预报及水文耦合模型系统(Weather Research and Forecasting Model Hydrological modeling system,简称WRF-Hydro),探究该模式在黄河源区径流模拟的适用性。结果表明:四类降水产品均能够反映出降水的分布特征,但在量值及细节捕捉上存在显著差异。CMFD在不同时空尺度上都能很好地捕捉到降水的演变特征,其与日观测降水的相关系数达到0.99,均方根误差仅为0.25 mm。在表征降水能力方面,四类降水产品总体表现为CMFD>CMORPH>TRMM>GLDAS,CMFD的平均探测成功率(Critical Success Index,简称CSI)在0.93以上。经参数率定后的WRF-Hydro模式在黄河源区月径流模拟方面表现较好,率定期纳什系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,简称NSE)均在0.92以上,而验证期丰水年模拟结果明显好于枯水年(NSE=0.15),这与降水和径流的非线性程度有关。本研究方案和结果为亚寒带半干旱气候区大尺度流域水文模拟及径流预测提供了一定的参考价值。

SWAT模型水文过程模拟的数据不确定性分析——以青海湖布哈河流域为例

降水、气温的空间分布是影响流域水量平衡模拟的关键因素,运用距离权重反比法(IDW)、梯度距离权重反比法(GIDW)、样条函数法(Spline)和克里金插值法(Kriging)对青海湖流域及周边地区43个气象站1995—2009年逐日气温和降水进行了空间插值,并以气象要素空间插值数据驱动模型,进行布哈河流域径流模拟.选用布哈河口月平均流量,以Nash-Suttclife系数(Ens)、相关系数(R)和相对误差(RE)为评价指标,进行校准期(2000—2004年)和验证期(2005—2009年)的径流模拟效果比较.结果表明:径流模拟精度较高,GIDW和IDW更适合于布哈河流域的气象要素空间化,并且气象要素空间插值数据误差是引起模型模拟不确定性和参数据不确定性的原因之一.

基于“团队+竞赛+导师”项目化学习模式的大学生创新创业素养培育研究与实践

“以赛促学,以赛促教、以赛促创”的创新创业时代背景下,研究以培养具有创新创业素质和终身自主学习能力的本科生为目标,对传统的教与学模式进行改革,形成“团队+竞赛+导师”的大学生创新教育实践模式。剖析“团队+竞赛+导师”模式的内在机理,诠释“学习是如何发生”问题的内涵。基于布鲁姆理论与情景学习理论,该模式构建以创新实验室为管理平台,以竞赛为抓手的“四位一体”创新能力培养核心体系。该模式遵循终身教育理念,坚持理论联系实际,将学生放在主体地位,实现从教到学的转变。“学科竞赛”“团队学习”“导师制”的有机融合形成优秀的教与学模式。

近30年BCC-CSM(m)模拟高原积雪状况评估及其对夏季降水的影响

为了得到适用于青藏高原积雪研究的高分辨率、长时间序列的区域尺度资料,利用近30年逐月区域气候系统模式BCC-CSM(m)模拟的1.125°×1.125°积雪深度资料、卫星遥感反演的0.25°×0.25°积雪深度资料、ERA-Interim 0.75°×0.75°地面感热再分析资料和中国气象数据网提供的0.5°×0.5°降水资料,评估了BCC-CSM(m)模式对高原积雪深度时空演变的模拟性能及其对高原感热和我国夏季降水的影响,为夏季降水预测提供参考依据。结果表明,BCC-CSM(m)模式能够较好再现冬季高原积雪的时空变化特征,在缺少有效实测积雪资料的高原地区不失为一种分辨率高、时间序列长的代用资料。冬季高原积雪和春季地表感热之间存在反相变化,而且两者的空间分布型存在显著的负相关关系。冬季高原积雪与我国夏季降水存在一定的相关关系,即:与长江中下游地区、四川地区、新疆北部地区、东北东部和高原南部夏季降水呈显著正相关关系,而与华南和东北北部地区呈显著负相关关系。冬季高原积雪存在全区多雪型、全区少雪型、东南少西北多型和东南多西北少型4种空间分布模态,而且不同高原积雪模态对我国夏季降水的影响不同。

地学研究中的集成建模环境综述

利用多学科模型从整体上来综合评价、管理环境,已经成为一个趋势。但由于环境研究的复杂性和跨学科性,以及已有模型的单一性、针对性,需要建立一个能够支持多学科模型构建和集成的建模框架,来支持综合模型集成研究。自90年代初期基于GIS技术的模型集成框架首先在水文研究中应用开始,建模框架随后在水文、水资源、生态、土地、污染、气候、经济、社会研究中得到快速发展。建模框架从针对性和支持单一模型向支持多模型构建与集成的集成建模框架发展。建模框架自身发展经历了基于GIS技术、面向对象技术、基于组件技术(部分包含语义技术)和面向服务技术(包括语义技术)的四个阶段。目前已经积累的不同结构特点、支持不同领域研究的许多集成建模框架,已经形成了地学e-Science研究的一个关键基础。为了有效的利用和开发适宜地学具体领域应用的集成建模框架,有必要梳理和回顾集成建模框架的发展,也有必要对集成建模框架的未来发展趋势进行分析,为地学模型集成研究的框架选择提供参考。

库布齐沙漠典型沙地人工林蒸散对比分析

人工造林使库布齐沙漠的生态快速逆转,深入理解沙地人工林的蒸散特征,对改善现有人工林的经营管理和开展人工林建设具有重要意义。利用Landsat 8、MODIS产品、气象观测资料等数据,通过基于能量平衡的SEBAL模型和MODIS MOD16蒸散产品获取库布齐沙漠典型林场2014年7月14日、7月30日、8月15日、9月7日的地表蒸散量,并采用波文比系统相关数据对估算的结果进行验证。得到以下结果:与波文比观测系统的蒸散相比,SEBAL模型反演的蒸散整体偏大,日蒸散分别多1.06、1.71、1.19、2.65 mm,两者的决定系数达0.827;MODIS MOD16产品的蒸散整体偏小,日蒸散分别少0.13、0.32、0.18、0.95 mm,两者的决定系数达0.823;在沙漠人工林斑块区域且植被类型较单一的情况下,MODIS MOD16的蒸散结果要好于SEBAL模型反演的蒸散,两者在空间分布上基本保持一致;林场蒸散较大的区域主要分布在中部和南部,而北部区域蒸散相对较小。研究结果可为其他沙地斑块人工林获取蒸散提供参考。

以中型蒸渗仪监测的库布齐沙漠人工林土壤蒸发量

人工造林对库布齐沙漠的生态有重要影响,量化沙地土壤蒸发对开展人工林建设具有重要意义。利用蒸渗仪对库布齐沙漠银肯沙林场的土壤蒸发进行测定,但受外界因素的影响,蒸渗仪观测的数据会有异常值,通过自适应窗口阈值法对观测数据进行处理。再利用气象观测系统获取相关气象数据,分析土壤蒸发与气象因子的关系。结果表明:小时尺度上,蒸渗仪获取的降水与雨量筒获取的降水量之间的决定系数为0.93,平均误差和均方根误差分别为-0.00078、0.11 mm,探测率、击中率及Heidke指数分别为0.75、0.9、0.8;日尺度上,两者的决定系数为0.99,平均误差和均方根误差分别为-0.02、0.66 mm,探测率、击中率及Heidke指数分别为0.94、0.85、0.85。两个时间尺度下,该方法在处理蒸渗仪的异常数据取得了较好的结果。研究时段内林场的土壤蒸发量为93.87 mm,集中在7—9月,最大日蒸发量为16.5 mm;降水为264.88 mm,也集中在7—9月,最大日降水量约35 mm,沙地人工林土壤蒸发占降水的35.4%。沙漠人工植被区影响土壤蒸发的主要气象因子是降水和太阳辐射,风速对土壤蒸发的影响不大。