黑河山区草地蒸散发量估算方法研究

针对黑河山区草地蒸散发估算,提出了两种草地蒸散发量估算方法,即基于Penman Monteith方程的方法和基于Priestly Taylor方程的方法,并将这两种方法和SHAW模型作了对比分析.两种方法与SHAW模型计算精度相近,但输入变量数量比SHAW模型要少,尤其是基于Priestly Taylor方程的方法.

黑河山区气温与降水的季节变化特征及其区域差异

基于黑河干流上游山区(以下简称黑河山区)及周边有关台站的观测数据,对该区域1960—2013年气温、降水的季节变化特征及区域差异进行分析。结果表明:黑河山区干、支流各区的气温变化与全球气温变化有着较好的一致性,气温升幅率明显高于过去50 a全球与中国平均气温的升幅,年平均气温的年代际变化的上升趋势比年际变化的更为显著,但不同区域年与各季气温的上升幅度存在着一定的差异,各区气温的气候倾向率变化呈现出一种由南向北逐步减小的趋势。其中,位于中高山地区的东、西支流域冬季气温升幅最大,位于中低山区的干流区则以秋季气温升幅最大,且各区均以春季气温升幅最小。东、西支流各区年平均与各季节气温发生变暖的突变时间基本上出现在1990年代中后期;干流区年平均与各季节气温发生变暖的突变时间差异较大。尽管山区干、支流各区各季节降水均呈波动增长的态势,但年降水量增幅差异较大。其中,以东支增幅最大,干流区增幅最小;各区各季降水量的年际变化总体上亦呈波动增长的态势;夏秋季降水增加比较明显,冬、春季降水量变化趋势不明显。各区年与各季降水量的年代际的变化较年际变化波动更为剧烈。冬春季降水波动幅度大于夏、秋季降水;各区各年代降水量增加或减少并不完全同步。东、西支两区年降水量系列均在1974年发生降水量增加的突变,而干流区年降水则无明显的突变点;东、西支两区春、夏、秋三季降水量系列均有明显增加或减少的突变点,但出现时间不一致;干流区除夏季降水在1970年初发生明显增加的突变外,其他各季降水量均无明显突变点;除西支冬季降水量在1970年中期后发生明显增加的突变外,整个山区冬季降水量均无明显突变点。总体上讲,黑河山区气候持续转向暖湿,受其影响,黑河出山径流目前的丰水态势仍将会持续下去。

祁连山黑河山区土地适宜性评价

以黑河山区为研究区域,利用Logic回归模型和空间分析技术对山区土地利用进行适宜性评价.以2011年土地利用现状数据作为背景值,构建气温、降水、海拔、坡度、人口密度、水系、交通网、村镇分布8种因子的评价指标体系.采用多尺度训练的方法确定适宜性评价最佳模拟尺度,对土地利用数据和评价因子进行Logic回归分析,得到评价因子对土地利用适宜性的影响程度.利用Spatial Analyst模块对对黑河山区土地适宜性进行评价,为区域土地资源合理利用提供科学参考.结果表明:(1)适宜性评价最佳尺度为210 m(ROC=0.79).(2)Logic回归结果显示,坡度、气温(βTemp=1.11)、降水对林地、草地的影响程度较高,同时距道路距离、人口密度(βPop=-0.555)对其分布也有重要影响.(3)山区土地利用适宜性排序为:Max_(林地)=M ax耕地>Max_(建设用地)>Max_(裸地)>Max_(草地)>Max_(水域),林地与耕地最高,适宜性达到0.99.

黑河干流山区流域月径流计算模型

西北内陆河山区流域天然来水量的准确预测对于维持区域可持续发展和生态环境的保护具有重大的意义。鉴于这些山区流域地形、地貌、植被景观复杂 ,观测站点稀疏 ,建立了 6种月平均流量的计算模型 ,效果都很好。所进行的数值试验表明 ,山区平均月降水量、月平均气温、平均月蒸发量和出山月平均流量相互之间存在复杂的非线性关系。降水和气温都是影响月蒸发力和平均流量的一个综合因素。气温是影响含有冰雪融水的山区流域产流的一个极为重要的因素 ,但降水、气温和蒸发力不足以完全综合反映产流过程 ,应该探讨加入新的因子。

黑河干流山区流域月蒸发力计算模型

研究西北内陆河山区流域的水文循环,对于维持区域可持续发展和生态环境的保护具有重要意义。应用数值迭代方法,对黑河山区流域平均月蒸发力与月平均气温和月降水量的关系进行了探讨。结果表明,山区平均月降水量、月平均气温和月蒸发力之间存在着复杂的非线性关系,降水和气温都是影响蒸发力的一个综合因子。

祁连山黑河干流山区水文模拟研究进展

流域水文模拟是在认识水文规律的基础上,对流域水文过程的一种数学描述.黑河流域作为典型的内陆河流域历来是研究寒区、旱区水文过程的热点区域.祁连山黑河干流山区的水文模拟研究也备受学者们的关注,经验模型、概念模型和分布式水文模型在该区域均有应用,虽然都对出山径流做出了准确的模拟,但是引进的模型对高寒山区水文过程的刻画不够详细.内陆河高寒山区流域的水文模拟要充分考虑冰川、积雪、冻土等因素所引起的特殊寒区水文过程,准确刻画这些水文过程是高寒山区流域水文模拟成功的关键.今后应该继续加强野外观测,深入开展冻土水文过程、冰雪水文过程的模拟研究,发展真正适合于高寒山区流域水文过程的分布式水文模型.

基于GIS的降水多元回归模型在黑河干流山区的应用

结合GIS和统计学方法,利用21个站点气象数据和DEM(基于5个因子:高程、坡度、坡向、经度和纬度)在黑河干流山区构建一种多元非线性回归模型,用以模拟研究区降水量空间分布,并分析了全年、湿季和干季3种情景及3种不同空间分辨率数据相互耦合下的雨量变化。结果表明,该模型可解释研究区74.5%的年降水空间变异,对湿季降水量解释效果要好于全年和干季两种情景;100 m分辨率下的3种降水模型效果均为最好;降水量空间分布不均匀,100 m分辨率下,由西北部不足200 mm增加至东南部700 mm左右,降水量分界线呈西北-东南走向;500 m分辨率的降水量分界呈带状,有一定程度上移;1 000 m分辨率的降水量分布误差大。本研究采用的建模方法有较强移植性,可在其他山区开发类似模型,利用其模拟结果进行更深入的研究,今后在建模中加入空间化的风速变量有可能进一步提高模型精度。

耦合SWAT与RIEMS模拟黑河干流山区径流

以黑河干流山区为研究区,采用1∶100 000植被类型图、1∶1 000 000土壤类型图和气象水文观测数据,耦合SWAT水文模型与RIEMS高分辨率区域气候模式,模拟1995-2010年月径流变化过程,探讨水文模型气象驱动数据的优化方法和气候水文模型耦合的区域适宜性。RIEMS气候模式输出精度较高,降水、温度、湿度、风速的相关系数均在0.80以上,均通过了0.01显著性水平检验,时空分辨率达到6 h和3 km。构建虚拟气象站点,弥补气象观测站点稀少且分布不均匀的不足,对水文模型气象驱动数据进行优化;遵循多时间尺度、多变量和多站点的原则来校准模型。结果表明,径流模拟值与观测值的过程趋势拟合程度较好,NSE均在0.60以上,PBIAS介于±20%之间,R2达到0.70以上。径流模拟在枯水期表现较好,在丰水期存在一定的误差,主要是受降水驱动数据偏高的影响,气候模式模拟能力需要提高,水文模型空间插值方法和气候水文模型耦合方案需进一步完善。总体来看,耦合SWAT模型与RIEMS模式能够较好地模拟黑河干流山区水文过程,可为流域水资源的预测和管理提供科学依据。

基于CMIP6多模式的黑河干流山区降水气温变化趋势分析

基于黑河干流山区4个气象站逐日降水、平均气温数据和CMIP6的7个气候模式输出资料,通过评价指标评估偏差校正前后CMIP6多模式集合平均数据对黑河干流山区降水和气温变化的模拟能力;在此基础上采用定量分析方法对研究区未来不同时间尺度下4个SSPs情景的降水和气温演变趋势进行了预估分析。结果表明:(1)CMIP6模式数据对降水和气温的模拟偏差存在差异性,总体而言,气温比降水模拟效果表现更好。偏差校正后,CMIP6多模式集合平均数据能准确模拟黑河干流山区降水和气温的时空特征和变化趋势;(2)不同时间尺度下,黑河干流山区的降水和气温变化具有差异性。季节尺度上冬春两季降水增幅大,春秋两季气温增幅明显。年尺度上,未来降水和气温随时间变化均呈上升趋势,增幅随辐射强迫增加而愈加显著。从未来时期来看,近期至中期的年降水量和年平均气温增幅较小,中期至远期时增幅较大。(3)空间尺度上,黑河干流山区的降水和气温主要表现为自西向东增加,并且东部降水比西部更多、气温更高,因此东部春季温暖湿润的现象会比西部更明显。伴随气候持续增湿增暖,黑河干流山区未来发生异常气温降水事件的频率增大,主要表现形式为降水突增和气温骤减,发生频率空间表现为自西向东增加。

基于HIMS的黑河上游山区径流模拟与分析

基于HIMS(Hydro-Informatic Modeling System),构建了黑河上游山区的分布式水文模型,取得了较高的模拟与验证精度,并在不同的气候变化情景下模拟分析黑河上游山区莺落峡水文站径流,结果表明:①HIMS在黑河上游山区具有适应性,日过程模型率定期和验证期Nash-Suttcliffe效率系数均达0.80,月过程模型率定期和验证期均高达0.97;②莺落峡站年径流量与气温呈负相关关系,与降水量呈正相关关系,气温升高和降水量减少都会减少年径流量;③降水不变情景下,气温对不同月份径流量影响不同,气温降低2℃时会加剧径流年内分配不均的程度;而在气温不变的情景下,月径流量均随降水增加而增加,但径流量年内分配格局未受到降水变化的显著影响;④不同气候变化情景下年径流量差异明显,对年径流量最不利的气候变化情景是气温升高2℃,降水减少20%;最有利的情景是气温降低1℃,降水增加20%。

黑河上游山区土壤非饱和导水率测定及其估算——以排露沟流域为例

黑河上游山区土壤水分表现为非饱和特征,准确估算该区域表层土壤非饱和导水率(K10)可提高山区生态水文模型的可靠性。本研究野外测定了黑河上游排露沟流域的K10,并利用土壤传递函数(PTFs)以土壤机械组成、容重及土壤平均粒径作为分析因子进行模拟估算,结果表明:排露沟流域森林、草地、退耕裸地的K10均值分别为(0.21±0.20)、(0.20±0.16)、(0.93±0.63)cm.h-1,其空间变异性森林>草地>退耕裸地;K10对土壤机械组成及容重等土壤因子表现敏感,导致不同区域的土壤传递函数估算模型的形式与预测效果差异显著,因此,应用已有PTFs估算模型时需要对其进行可适性检验。本文推导了排露沟K10的土壤传递函数估算模型,判定系数R2=0.76,检验结果样本误差比几何平均数(GMER)为1.77,故在黑河上游具有实际应用价值。