水文数据同化方法及遥感数据在水文数据同化中的应用进展

多源信息的应用是未来水文科学发展的一个重要趋势,水文数据同化(尤其是遥感数据在流域降雨径流模拟中的同化)已经成为当前水文学研究的一个热点.数据同化有2个基本途径:一是全局拟合,以变分方法为代表; 二是顺序同化,以各种卡尔曼滤波及粒子滤波方法为代表.数据同化技术已经被许多学者应用于降雨径流模拟与预报,但在遥感反演水文信息精度的改进、"最优"方法的选取、误差的定量描述、数据同化对象的选择,以及同化效果的评估等多方面,还有大量问题有待深入研究.     

基于遥感与区域化方法的无资料流域水文模型参数优化方法

针对无资料流域径流预报的难点, 探讨水文模型参数优化的共性问题, 综述区域化方法和遥感方法的研究现状。首先从水文模型参数优化面临的共性问题, 即水文地理数据生成、目标函数构建和优化方法选择等问题出发, 分析其对参数优选结果的影响, 并归纳出当前广泛认可的解决方案。然后结合区域化方法的技术原理和研究进展, 着重论述测站密度对区域化方法性能的影响, 并分析该方法在中国的适用性。接着从研究区域、水文模型结构、遥感资料以及率定目标等方面归纳总结遥感方法优化水文模型参数的最新研究进展。最后对区域化方法和遥感方法的优缺点及未来发展前景进行对比分析, 为中国无资料或缺资料流域径流预报实践提供参考。     

基于遥感和GIS改进SRM融雪径流的模拟及分析

融雪径流是内陆区重要的径流来源,径流模拟是水文预报的主要手段。本文选择克兰河流域为研究区,以2008年3-5月为例,基于遥感和GIS技术构建了一个改进SRM融雪径流模型,并引入DEM和遥感数据作为空间数据基础,以获取研究区雪深、雪盖、空间温度和降水信息。模拟结果表明:改进式模型能直观反映融雪径流的空间分布,反应融雪径流的变化过程;本模型模拟的2个优度指标为:Nash-Sutcliffe系数R2=0.83。和体积差Dv=6.81%;但由于对遥感数据质量要求较高,本模型对逐日径流量的细节模拟仍然存在一定误差。该研究方法及结果对高寒无资料区的径流预测具有重要意义。     

基于EnKF法的径流数据同化对SWAT模型参数优化效果评估

基于集合卡尔曼滤波(EnKF)法,在合理量化模型模拟和径流观测误差、有效处理模型参数演变及过拟合问题的基础上,以淮河上游淮滨水文站以上流域为研究区,构建了基于径流数据同化的SWAT分布式水文模型参数优化方案,就站点实测径流数据同化对模型参数的优化效果进行了评估.结果显示,数据同化过程中,被更新的模型参数集合逐渐收敛并趋...     

星机地综合观测定量遥感融合处理与共性产品生产系统关键技术研究与系统设计

针对全球资源环境监测需求,本课题作为"星机地综合定量遥感系统与应用示范(二期)"项目的一部分,将集成和突破在"一期"研究中形成的卫星数据库分布式组网技术、多尺度遥感数据同化与真实性检验技术、面向应用的遥感数据融合处理与生成技术等关键技术,重点突破运行性多源遥感共性产品生产系统构建中的一系列相关技术,研制星机地综合观测定量遥感数据融合处理与共性产品生产系统。该年度基于项目一期相关技术成果,初步实现连通6个以上卫星数据中心的能力,建立虚拟组网分布式卫星数据服务系统;研究多源遥感数据的辐射归一化、几何归一化、定量遥感产品反演、星机地观测数据同化、时空无缝融合和多尺度真实验证等技术,对虚拟组网的分布式卫星数据服务系统、多源遥感数据辐射归一化系统、多源遥感数据几何归一化系统、多源数据融合定量遥感产品生产系统、多源数据融合产品生产系统、时间连续共性产品同化系统、定量遥感产品真实性检验系统、多中心海量遥感数据协同处理支撑系统八个子系统进行实际的系统设计工作,包括顶层设计、需求分析及概要设计。     

星机地综合观测定量遥感融合处理与共性产品生产系统关键技术研究与系统设计

针对全球资源环境监测需求,该课题作为"星机地综合定量遥感系统与应用示范(二期)"项目的一部分,将集成和突破在"一期"研究中形成的卫星数据库分布式组网技术、多尺度遥感数据同化与真实性检验技术、面向应用的遥感数据融合处理与生成技术等关键技术,重点突破运行性多源遥感共性产品生产系统构建中的一系列相关技术,研制星机地综合观测定量遥感数据融合处理与共性产品生产系统。该年度基于项目一期相关技术成果,初步实现连通6个以上卫星数据中心的能力,建立虚拟组网分布式卫星数据服务系统;研究多源遥感数据的辐射归一化、几何归一化、定量遥感产品反演、星机地观测数据同化、时空无缝融合和多尺度真实验证等技术,对虚拟组网的分布式卫星数据服务系统、多源遥感数据辐射归一化系统、多源遥感数据几何归一化系统、多源数据融合定量遥感产品生产系统、多源数据融合产品生产系统、时间连续共性产品同化系统、定量遥感产品真实性检验系统、多中心海量遥感数据协同处理支撑系统八个子系统进行实际的系统设计工作,包括顶层设计、需求分析及概要设计。     

对地观测传感网一体化数据融合与同化方法2011-2013年度报告

为了综合有效地利用对地观测传感网环境下的空天地多源海量观测数据,融合互补信息并消除数据冗余,需要实现对多源传感器数据在时间、空间和光谱域的高精度同化,发展对地观测传感网数据与陆面模式的多参数联合同化方法,充分研究多源数据智能化处理与分析模型,并进行多层次信息融合。重点研究内容包括:离群点分布模型与高精度亚像素配准方法、多时-空-谱影像序列的一体化融合方法、传感网环境下空天地观测数据的同化方法、传感网数据与陆面模式的多参数联合同化方法四个方向开展研究。根据2010年制定的计划任务书,该研究在2011—2013年度收集大量航空航天遥感影像数据、基础地理数据和气象观测数据和地面数据,重点从自动化配准、遥感影像融合、数据同化等方面的理论方法研究。研究工作按计划有条不紊的进行,在观测数据收集与分析、理论与方法研究方面开展了大量工作。     

基于多源卫星遥感产品的土壤湿度融合与降尺度研究

针对卫星遥感土壤湿度产品时空分辨率较低、难以满足中小流域洪水预报要求的问题,以秦淮河流域为研究区,将SMOS、SMAP和AMSR2等3种卫星遥感土壤湿度产品采用集合平均的方式进行融合,在地形湿度指数与土壤湿度关联关系的基础上建立空间降尺度方法,从而实现精细尺度的土壤湿度获取。研究结果表明,多源遥感融合产品相较于原有卫星具有更小的均方根误差,在日均值和季度均值上都更为接近实测结果,改善了单颗卫星监测时段间隔大、监测数据不准确的弊端,具有更好的适用性。     

拉萨河流域不同汇流方式的TOPMODEL应用比较研究

应用结合单位线和线性水库汇流改进的TOPMODEL,对拉萨河流域进行水文模拟,并与原TOPMODEL模拟结果进行对比.结果表明,两者都取得了较好的模拟效果,但改进的模型模拟基流更稳定和合理.应用两模型评估拉萨河流域降雨空间差异性对流域径流的影响,改进的模型模拟结果相对稳定.     

径流中长期预报级别特征值特征展开模糊推理方法

针对现有径流中长期预报模糊推理方法在实际应用中存在的问题,提出了径流中长期预报级别特征值特征展开模糊推理方法,使原有的模糊推理法得到改进,从而增强了模糊推理预报方法在径流中长期预报以及其他实际工程预报中的应用效果;并将新方法应用于大伙房水库年径流预报中,实例应用研究表明应用该方法预报中长期径流可以得到较好的预报结果.     

土壤水分遥感反演研究进展

土壤水分是陆面生态水文循环的重要组成部分. 及时、准确地获取土壤水分数据,对研究全球气候问题、构建流域水文模型、监测干旱等具有极其重要的意义. 遥感技术具有范围广和信息传输快等优点,为土壤水分监测提供了全新的手段. 本文梳理了可见光–近红外遥感、热红外遥感、可见光–近红外–热红外遥感、主动微波遥感、被动微波遥感的发展现状及对应的土壤水分反演方法,介绍了结合主被动微波遥感的GNSS-R技术,对土壤水分反演研究中的热点问题进行了归纳和总结,并展望了土壤水分遥感反演的发展趋势.      

Development of a Chinese land data assimilation system:its progress and prospects

The objective of land data assimilation is to merge multi-source observations into the dynamics of land surface model for improving the estimation of land surface states.We have developed a land data assimilation system for China's land territory.In this sys- tem,the Common Land Model and Simple Biosphere Model 2 are used to simulate land surface processes.The radiative transfer models of thawed and frozen soil,snow,lake,and vegetation are used as observation operators to transfer model predictions into estimated bright- ness temperatures.A Monte-Carlo based sequential filter,the ensemble Kalman filter,is implemented as data assimilation method to inte- grate modeling and observation.The system is capable of assimilating passive microwave remotely sensed data such as special sensor mi- crowave/imager (SSM/I),TRMM microwave imager (TMI),and advanced microwave scanning radiometer enhanced for EOS (AMSR- E) and the conventional in situ measurements of soil and snow.A spatiotemporally consistent assimilated dataset for soil moisture,soil temperature,snow and frozen soil,with a spatial resolution of 0.25 degree and temporal resolution of one hour,has been produced.This paper introduces the development of Chinese land data assimilation system and the progress made on data assimilation algorithms,land sur- face modeling,microwave remote sensing of land surface hydrological variables,and the preparation of atmospheric forcing data.The dis- tinct characteristics and challenges of developing land data assimilation system and the perspectives for future development are also dis- cussed.     

吉林省辉发河流域遥感水文模型的建立与应用

遥感技术在现代水利研究和管理中应用很广,特别在对下垫面植被,水系,地形地貌,土壤含水,人类活动研究中,具有传统手段无法达到的精度,试图探索将遥感技术,计算机技术,同经验的水文预报方法相结合,采用新安江三源模型,研究吉林省辉发河域水文特性和洪水预报,为洪水预报方法的研究拓展了空间,在应用中取得了良好的效果。     

多源遥感数据融合在城市发展研究中的应用

多源遥感数据融合是一种通过高级影像处理技术来复合多源遥感影像的技术,其目的是将单一传感器的多波段信息或不同类别传感器所提供的信息加以综合,提高获取信息的有效性和准确性,解释的可靠性,以形成对目标的完整一致的信息描述,把不同传感器的遥感数据和非遥感数据融合在一起应用,是遥感技术应用向纵深发展的必然趋势。本文利用上海地区不同时期、不同卫星的遥感数据及没时期上海城区发展的地图数据,制作了上海市城市发展态势图,并对结果进行了分析研究。     

基于网格的精细化降雨径流水文模型及其在洪水预报中的应用

以正交网格降雨径流模型研究为基础,提出了用于洪水预报的精细化基于网格蓄满与超渗空间组合的降雨径流模型(Grid-XAJ-SATIN)。从模型的原理与结构、地理信息空间处理、参数空间分布估算、模型的驱动场分析、模型流域状态同化几个方面对该模型进行讨论,分析模型在湿润、半湿润流域的实际应用情况。结果表明,无论是湿润流域还是半湿润流域,所提出的精细化模型均能取得良好的模拟预报精度,且模型在输出流域出口断面流量过程的同时,可实现对流域内任意网格单元流量过程的精细预报。     

典型电厂区多源遥感定量反演的适宜性评价

【目的】探讨典型电厂厂址区各种地质要素在多源遥感监测的影像及方法选取方面的适宜性。【方法】以寿光火电厂和西北典型洪灾区(有4个电站)为例,从海岸线变化监测和洪水痕迹范围识别方面,开展适宜性评价研究。【结果】对电厂厂址尺度范围内的海岸线变化监测,在传感器类型和反演方法选取时,不同潮滩坡降分别受到影像空间分辨率、水边线高程误差和改正时的内插误差、坡度改正误差的影响,而需要选择相应合适的影像数据。在进行洪水淹没范围的提取时,遥感反演、现场调访和模拟结果对比显示,基于Landsat数据的土壤含水量法提取的洪痕及洪水淹没范围更加准确。【结论】本研究结果可为电厂选址及后期监测选取适宜的遥感数据源和相应技术方法提供参考,为工程厂址环境监测提供可靠的遥感反演理论依据。     

基于土壤地形指数和下垫面水文分区的流域模型参数率定

针对流域水文响应会受到地质、地形、地貌、植被、土壤等自然地理因素以及土地利用等下垫面因素综合作用的特点,根据流域下垫面的地理特征进行水文响应分区。借助遥感资料对流域下垫面进行分类并获取土地覆盖/土地利用信息,结合流域土壤类型数据与地形指数推求流域的土壤地形指数。进一步地,利用遥感分类信息和土壤地形指数进行流域的水文分区,率定各个水文分区SCS模型的参数CN值并进行水文模拟,结果表明,屯溪流域21次和东湾流域32次洪水径流模拟相对误差均比传统方法的小。