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.

大尺度水文条件变化对建筑工程环境的影响

研究了大尺度水文条件变化对建筑环境的影响,分析了大尺度水文条件变化对建筑物维护、建筑设计、建筑施工、建筑材料等建筑环境的影响。依据不同的影响程度,提出了建筑物设计、运行维护与管理的对策与措施。

大尺度水文模型参数不确定性分析的挑战与综合研究框架

水文模型是对自然界复杂水文现象与过程的一种综合近似描述,在水旱灾害防治、水资源管理与开发利用等方面应用广泛。本文分析了大尺度水文模型应用的难点,总结了参数不确定性研究的主要进展,介绍了参数不确定性分析框架“敏感性分析—参数优化—参数区域化”(SOR)的基本概念、重要性与应用情况。论文基于已有认识,建议在水文建模优化过程中引入更全面的参数不确定性分析SOR框架,并加强新一代分布式水文模型与更加成熟的水文气象数据观测系统的开发,以减少来自模型结构与模型驱动数据的不确定性,提高全球变化背景下大尺度水文模型水循环过程模拟和预测的准确性。

TRMM雨量在汉江上游大尺度水文模型中的应用

将TRMM(Tropic Rainfall Measurement Mission)卫星收集分析的降雨资料,利用大尺度水文模型对汉江白河以上流域进行流量模拟与预测,研究TRMM降雨资料应用于大尺度水文模型(LSHM)进行流量预测的可行性。对比分析了TRMM年、月、日系列降雨资料与气象站网降水观测资料,以及将其作为输入数据源的大尺度模型降雨径流模拟预测结果,分析表明:大尺度水文模型概念基本适合汉江上游的流量预测,水库对模拟预测结果影响显著,TRMM日降雨资料尚不满足利用该模型进行洪峰流量预报精度的要求。

大尺度水文过程试验及其模型研究

陆地水文循环是地球系统的关键部分,它对气候变化、生物地理化学循环以及它们之间相互作用起着重要的作用。为了维持人类社会的发展,人们需要对陆地/大气间水交换进行更好的理解,而这种理解系由改善水资源的管理方式和更好地了解人类活动对淡水资源的影响所造成的局限性、地区性和全球性后果而取得的。全球水文研究已有若干个国际项目和计划在进行。本文将简要地回顾以往在大尺度水文观测及其模型的研究活动和进展,然后预测未来的研究动向,并阐明研究重点的变化情况:随着人们把更多的注意力集中到大尺度的观测和真正的多学科研究上来,研究课题正日益扩充。这方面的研究包括为了对一定范围自然和人工生态气候梯度的抽样所进行的观测,这种观测地理分布很广。

大尺度分布式水文模型数字流域提取方法研究

构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一种根据1km DEM生成更大网格尺度DEM数据,同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度等地貌参数信息量衰减速度的有效方法——ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河唐乃亥以上流域的5km、10km、15km和20km两套DEM数据,分别提取高程、坡度、地形指数、河网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数,并与1km DEM提取的上述参数进行比较,对两种方法作出评价。结果显示,随着网格尺度的增大,ZB算法获得的DEM数据可以保持河网的连续性,提取出合理的流域范围,减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文模型提取数字流域的需要。

汉江上游地区大尺度分布式水文模型与气象模型耦合应用试验

汉江发源于陕西省秦岭南麓，在其上游地区，局地性的洪灾或旱灾较易频繁发生。为改进洪水预报精度，构建了用于汉江上游地区的基于大尺度分布式水文模型和气象模型耦合的洪水预报系统，并于2007年6～8月在该流域的出口控制站白河站进行了流量模拟试验。其间，利用LSHM水文模型（5km×5km水平网格）分别基于地面气象观测资料和MM5模型（最内层水平空间尺度9km×9km）的预报产品对白河站进行流量模拟试验：同时，也利用MM5的24h预见期信息进行逐日流量作业预报试验。初步结果表明，将分布式水文模型与气象模型耦合应用进行洪水预报具有较好的发展潜力，值得推广应用。

人类用水活动对中国水文干旱特征的影响评估

【目的】在全球气候变化的背景下,人类用水活动对水文干旱造成了剧烈影响。评估人类用水活动对水文干旱特征的影响,揭示基于单一模型评估的不确定性,对提升干旱风险应对能力有着重要意义。【方法】基于跨部门影响模型比较计划第二阶段(ISIMIP2a)项目提供的1971—2010年径流模拟结果,采用多模型集合方法评估气候变化背景下人类用水活动对我国区域水文干旱特征的影响,并揭示其空间差异及长期变化。【结果】结果显示:人类用水活动加剧了我国北方流域的水文干旱的频次、历时和强度,其中导致水文干旱强度增幅超过40%;同时人类用水活动对南方流域中上游地区水文干旱强度起到缓解作用;另外,相较于1971—1990年,1991—2010年间人类用水活动对我国区域水文干旱频次和历时的影响分别减少7.4%和10.2%,但对于水文干旱强度的影响增加43.1%,尤其是在辽河、西南诸河和珠江流域。【结论】人类用水活动对我国区域的水文干旱特征(频次、历时和强度)的影响表现出明显的时空差异性,基于多模型集合评估方法能够有效降低基于单一模型模拟结果的不确定性。研究深化了干旱演变机制理解,为应对变化环境下干旱风险提供科学支持。

基于模拟土壤含水量的干旱监测技术

为实现大范围干旱的实时监测,开发了基于模拟土壤含水量的干旱监测技术.采用VIC(variable infiltration capacity)大尺度水文模型模拟了30 km网格尺度的逐日土壤含水量,建立了土壤含水量距平指数(SMAPI),分析了其在2002年山东干旱和2010年西南地区干旱监测中的作用.结果表明,SMAPI具有较明确的物理意义,能够反映大范围干旱在时间和空间上的发生、发展及变化趋势.基于模拟土壤含水量的干旱监测技术,可为全面认识干旱,有效预防和减轻干旱灾害提供技术支持.

陆地水储量变化及其归因:研究综述及展望

陆地水储量是区域降水、径流、蒸散发、地下水和人类开发利用等相关活动的综合反映,已成为全球水循环观测的重要参数。由于气候变化(如洪水、干旱)和人类活动(如地下水抽取)等的影响,造成了全球范围内陆地水储量呈现出超正常范围的变化,然而目前系统性介绍陆地水储量变化及其归因的研究仍较少。因此,首先系统综述现有的水储量监测方法以及全球陆地水储量及其组分变化,然后从水储量组分变化、水量平衡和气候变化等角度分析全球陆地水储量变化的成因,其次探讨陆地水储量变化对海平面上升的贡献,最后总结全球陆地水储量变化及其成因与影响的相关研究中面临的主要技术难点以及未来可能的发展方向。在过去的十几年中,基于站点观测、卫星遥感和模型模拟的陆地水储量变化及其归因研究已有了一定的进展,而高精度观测水循环关键要素并发展基于卫星观测数据的水循环相关模型将是未来全球水储量变化归因研究的重要课题。研究有助于决策者在气候变化、人类活动不断增强的背景下制定合理的水资源管理措施,从而保障粮食安全、维系社会稳定。