基于CN05.1数据集驱动SWAT模型的玉龙喀什河流域径流模拟

为探究CN05.1数据集驱动下的SWAT模型在气象站稀缺地区模拟效果以及流域径流对气候变化的响应,选取玉龙喀什河流域为研究区,利用上述数据集驱动SWAT模型对该流域1991—2020年进行逐月径流模拟,在此基础上,设置了25种气候情景模式,通过模型导入25种气候情景下气象数据模拟径流。结果表明:CN05.1+SWAT模型适用于玉龙喀什河流域的径流模拟,模拟结果与实测数据吻合较好,率定期和验证期的决定系数(R^(2))、纳什系数(C_(NS))和百分比偏差(σ_(P))均达到模型评价标准,率定期(1991—2005)C_(NS)、R^(2)、σ_(P)分别为0.85、0.86、-10.35%,验证期(2006—2020)C_(NS)、R^(2)、σ_(P)分别为0.76、0.79、-14.75%;CN05.1数据集可以为无气象资料的玉龙喀什河流域水文模拟提供时间连续、时间序列长、高分辨的气象数据,可用作后续的研究与应用;CN05.1数据集能够准确反映玉河流域的下垫面和地表大气特征;玉龙喀什河流域年径流量与温度和降水皆呈正相关,2个因子中温度变化对径流的影响更为显著,降水-温度-径流量之间基本可以用平面函数表达,决定系数为0.9957,方差为0.0002,均方根误差为0.0123。

基于分布式时变增益水文模型和CN05.1降水数据的赣江流域径流模拟研究

水文模型是径流模拟的重要手段,降水是水文循环的重要组成部分,模型的选择和降水数据的质量对流域径流模拟都具有重要意义。以赣江流域为研究区域,通过对比CN05.1降水数据与站点线性插值降水数据,分析CN05.1降水数据的可靠性,评估基于分布式时变增益水文模型(DTVGM)和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟的适用性。研究表明:(1)CN05.1降水和站点插值降水多年月平均降水年内变化过程类似,空间分布相关性很高,R均值为0.90,CN05.1日降水与站点插值日降水相关性较高,RMSE均小于等于7.52 mm,R均大于等于0.81;(2)基于CN05.1降水和站点插值降水数据模拟了赣江流域新田等6个水文站1961—2009年的流量,模拟流量在多数大流量处大于实测流量,表明模型对于大流量的模拟存在高估现象;(3)无论是日径流还是月径流,基于CN05.1降水数据的径流模拟精度均较高,且月径流模拟要优于日径流。因此,基于DTVGM模型和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟具有较高的适用性。

CN05.1格点降水数据在渭河流域适用性评估及应用

基于CN05.1格点降水产品数据和流域内4个地面气象站实测数据,应用相对误差(Re)、均方根误差(RMSE)、相关系数(R)和纳什系数(NS)对格点数据与站点数据进行比较,对月尺度径流模拟分析,进而评估CN05.1格点降水数据在渭河流域的适用性。结果表明:格点数据与站点数据Re为8.0%,RMSE为6.84 mm,R为0.92,序列整体相关性好;月流量模拟过程与实测过程拟合较好,训练期和检验期相对误差低于15%,NS和R均大于0.9;可认为CN05.1格点降水数据在研究流域的适用性较好,当缺少实测降雨数据时,可以CN05.1格点降水数据代替实测降水数据进行流域径流模拟研究。

CN05.1气象数据在流域水文模拟中的应用——以新疆开都河流域为例

为探讨中国再分析气象数据集CN05.1在流域水文模拟中的适用性潜力,以开都河流域为研究区,分别使用CN05.1数据集和传统气象站数据驱动SWAT水文模型,采用决定系数(R2)、纳什效率系数(NSE)和相对误差(Re)等评价指标对二者模拟效果进行对比分析,以确定CN05.1数据的适用性;最后采用两种数据订正方法对CN05.1降水数据进行了订正,并以水文模拟效果进行评价。研究结果表明:(1)CN05.1气象数据在开都河流域的水文气象模拟中具有较强的适用性;(2)基于SWAT模型的水文模拟显示,CN05.1数据驱动的水文模拟精度高于传统气象站数据,其率定期(1995—2005年)和验证期(2006—2016年)的R2分别为0.81和0.73,NSE分别为0.81和0.72,Re分别为-0.97%和0.39%;(3)两种数据订正方法均能较好地再现流域径流变化过程,但基于空间关系订正法的径流模拟效果更好,R2和NSE均在0.72以上,|Re|<1.7%。由此,订正后的CN05.1降水数据一方面弥补了传统气象站数据缺失的问题,另一方面补足了未订正CN05.1降水数据在径流模拟中峰值欠佳的问题。

CN05.1再分析资料在西北偏远流域水文模拟中的适用性

再分析资料作为水文模拟研究中的重要资料,在气象站点数据匮乏地区替代站点实测数据方面具有非常重要的作用。以新疆额尔齐斯河流域为例,使用哈巴河、布尔津、福海、阿勒泰和富蕴气象站点数据驱动SWAT模型,并利用CN05.1再分析资料补充克拉他什水文站点周边气象数据,分析CN05.1再分析数据对SWAT模型径流模拟精度的提高程度。结果表明,与未进行气象数据补充前对比,率定期纳什系数N_(NSE)、决定系数R^(2)分别提高了8%、6%,验证期N_(NSE)、R^(2)分别提高了8%、15%,说明在气象资料匮乏地区,CN05.1再分析资料能较好地补充该地区气象条件。

基于多种指标的长江中下游水稻高温热害对比分析

伴随着全球气候变暖的加剧,更加频繁且持续时间更长的极端高温天气严重影响了水稻生产。基于CN05.1数据集中的逐日平均气温和逐日最高气温数据,对长江中下游地区1961-2014年间的高温热害进行了评估。通过巴特沃斯(Butterworth)低通滤波平滑和Morlet复小波分析等方法对影响水稻生产的3个高温热害指标(高温持续日数、连续高温积温和危害热积温)进行了对比分析,结果表明:(1)3个指标在1980年前后呈现出先下降再上升的趋势,但是高温持续日数的上升或下降趋势更为平缓;(2)空间上,基于3种不同热害指标的结果均反映出高温热害严重的地区集中在平原区,其中,连续高温积温和危害热积温相较于高温持续日数在空间的异质性更加明显;(3)在周期分析中,3个指标在54年中均存在着25-32年、13-24年、7-12年以及3-6年的四类尺度,并且以18年、9年和5年为主周期的周期变化;(4)在强度等级划分中,无论是从标准划分的精细程度还是从划分结果的合理性上来看,基于逐日最高气温所计算的危害热积温均是3个指标中的最优选择。研究结果推荐使用危害热积温作为计算长江中下游水稻高温热害的指标。

我国逐月格点降水时空分布特征及变化趋势

基于一套空间分辨率为0.5°、时间尺度为1982~2015年的逐月格点降水资料CN05.1,利用离势系数评估法分析覆盖我国的3 781个格点月降水总量的时空分布特征,并利用三种改进的Mann-Kendall检验法(M-MK、PW-MK、TFPW-MK)对我国全境及华北、东北、华东、中南、西南、西北六大区域进行趋势变化检验。结果表明,我国降水时空分布、年际分配较不均匀;逐月格点降水量在该时期内除少数地区在个别月份呈显著上升或下降趋势外,大部分地区的降水并未呈显著且一致的变化趋势,尤其是华北、中南、华东等人口稠密地区的大部分呈较稳定态势。

基于有效温度指数的云南舒适度变化分析

使用高分辨率的格点化观测资料CN05.1,基于考虑了气温、相对湿度和风速影响的有效温度指数ET,进行了云南省1961—2014年气候舒适度变化的研究。结果表明,云南省地形高的北部地区气温低、相对湿度小、风速大、ET小,地形低的区域则相反。近几十年云南全境均表现出气温升高、相对湿度和风速减小、ET升高的变化趋势。对ET不同分级日数的分析指出:云南省北部冷—寒冷日和凉爽日较多,南部则主要为凉爽日和舒适日,并且全省冷—寒冷日呈明显减少趋势,凉爽日在北部增加、南部减少,舒适日显著增加,温暖及热—炎热日在南部个别地方增加,气候适宜日在4个季节均增加。在全球变暖背景下,冷—寒冷日的大幅度减少和气候适宜日的增加均表明,云南省目前的气候适宜程度有所提高。