红壤坡地自然恢复生态系统黄檀叶片蒸腾特性与生理生态因子日变化

为了揭示红壤坡地自然恢复生态系统碳水耦合循环的生理生态机制,采用Licor-6400(LICOR Lincoln USA)便携式光合仪对中国科学院桃源农业生态试验站自然恢复生态系统中重要树种黄檀不同部位叶片的蒸腾速率以及主要生理生态因子进行了测定,分析了黄檀叶片蒸腾速率的日变化规律,估算了其水分利用效率,并对蒸腾速率、水分利用效率与生理生态因子进行了相关分析和回归分析.结果表明:(a)蒸腾速率日变化表现为单峰型曲线,同一生长季节不同部位叶片蒸腾速率的大小不同,6月下旬晴天,蒸腾速率大小排序依次为上层叶、中层叶和下层叶;(b)黄檀蒸腾作用与生理生态因子的关系随着叶片部位不同而有一定的差异,黄檀蒸腾速率与气温、叶温、气孔导度、光合有效辐射和水汽压亏缺呈正相关关系,与胞间CO2浓度和相对湿度呈负相关关系;(c)黄檀上层叶片水分利用效率日变化呈现单峰曲线,最大水分利用效率出现在14:00左右,中、下层叶片水分利用效率日变化都呈现双峰曲线,且各层叶片最大水分利用效率都出现在10:00左右.     

水文时间序列的相似性搜索研究

将时间序列相似性搜索的数据挖掘方法应用于水文时间序列数据中,挖掘相似的水文过程.在分析欧氏距离和动态时间扭曲距离两种相似性距离度量方法特点的基础上,采用对时间轴的伸缩和弯曲具有较好适应性的动态时间扭曲距离法对塔里木河流域源流区出山口水文站沙里桂兰克站1961—2000年共220场洪水流量过程进行相似性搜索,基于相似性距离度量矩阵,挖掘出相似的洪水流量过程.结果表明,沙里桂兰克站洪水过程虽形态多样,但也表现出一定的相似性,基于动态时间扭曲法的相似性搜索能有效挖掘出相似的水文过程.     

月蒸散发能力解集模型研究

针对目前研究蒸散发能力解集方面的不足,对联合期望-方差模型进行改进并进一步扩展,建立了将月蒸散发能力解集到日蒸散发能力的解集模型.将模型应用于梅山气象站,1980~1985年蒸发资料用于确定模型参数,1986~1987年资料被合并为月蒸发量用于模型解集计算.结果表明:解集产生的日蒸发量序列随季节的变化趋势与观测值一致,并且变化幅度也与观测值基本一致,日蒸发量观测值与解集值的均值和标准差很接近,部分月份二者几乎相等;所建立的解集模型能够很好地将月蒸发量序列解集到日蒸发量序列,并充分反映日蒸发量的时间变异特性.     

栅格型水文模型及其应用

选取汉江上游汉中水文站以上集水面积为研究区域,基于栅格型数字高程数据,利用数字高程流域水系模型,生成栅格水流流向,构建数字流域水系及空间拓扑关系;然后将逐步插值法处理后的栅格型降雨数据作为研究区内每一栅格单元上的雨量输入,并在各栅格上应用新安江降雨径流模型进行产流计算;再运用考虑区间侧向入流的Muskingum-Cunge法在栅格水系上进行“先合后演”的洪水演算,从而获得汉中站的流量过程．结果表明,栅格型水文模型不仅能演算出流域出口断面处的流量过程,还能方便地计算流域内各支流任一栅格点上的流量过程．     

中国北方地区人类活动对地表水资源的影响研究

以中国北方地区黄河、海河、辽河、松花江流域为研究区域,基于长期水文观测数据,就人类活动对不同时空尺度（包括日、月、年、10年）地表水资源的影响及河川径流演变的驱动力进行了定量分析。结果表明,无论从自然流域的角度还是从行政区域的角度来说,中国北方河川径流都减少的趋势;除气侯变化的影响之外,河道外用水量的增加是导致中国北方地区实测径流减少的直接原因;干旱、半干旱地区人类活动对河川径流的影响程度强于湿润地区,主要表现在小流量出现的频率增大,20世纪八九十年代相同量级的降水量产生的径流量较五六十年代减少20％－50％。     

人类活动对老哈河流域近50年径流变化影响的定量评估

以中国北方典型的半干旱区老哈河流域为研究区,基于分布在流域内的53个雨量站、10个径流站和4个气象站数据研究老哈河10个子流域近50年来关键水文要素的时空变化规律。利用MK检验及Pettitt突变点检验,分析降水与径流的变化趋势和显著性水平,并计算其突变点。采用半分布式可变下渗能力(variable infiltration capacity,VIC)模型对10个子流域基准期的降雨径流过程进行模拟。基于率定后的模型参数,对变化期自然径流进行重建,从而定量分割出气候变化和人类活动对该流域径流急剧下降的影响。结果表明:自1980年以来,老哈河流域90%的径流下降是由人类活动引起的,而仅有10%归因于气候变化;就人类活动而言,特别是中下游地区大面积的农业灌溉用水是整个老哈河流域地表径流急剧下降的根本原因。此外,研究还发现人类活动对径流下降的贡献率随流域干湿变化而不同,在枯水年人类活动影响所占比重较大,而在丰水年人类活动的影响相对较小。     

基于非平稳GEV模型的黄河源区枯季径流演变特征分析

为剖析气候变化对水文极值非平稳性的影响,采用5 a滑动平均和Mann-Kendall突变检验法对黄河唐乃亥水文站1957—2018年最枯多日平均流量进行非平稳检验;根据Kendall等级相关分析法优选气候指数,以时间和气候指数为协变量构建非平稳广义极值分布(generalized extreme value, GEV)模型,并进行参数估计与模型优选,对比平稳与非平稳GEV模型在枯季径流模拟中的应用效果。研究结果表明：黄河源区枯季径流呈现明显的非平稳特征;平稳GEV模型的模拟值偏高,以西太平洋指数为协变量的非平稳GEV模型对极值的拟合效果较好,且能较好地解释极端枯水事件的波动性。     

不受DEM空间分辨率影响的地形指数计算

为了减小数字高程模型(DEM)分辨率对地形指数计算的影响,开发了一种不受DEM空间分辨率影响的地形指数计算方法.选取汉江上游褒河流域作为研究区域,通过引入分辨率因子考虑DEM空间分辨率对单宽上坡集水面积的影响,应用分形方法处理DEM空间尺度对地形坡度的影响,将该算法应用到褒河流域DEM数据的计算中.结果表明:此法可以成功地由低分辨率的DEM数据获得与目标高分辨率精度相仿的地形指数分布,能在一定程度上消除DEM空间分辨率对地形指数计算的影响,因而对无资料地区的水文预报有着十分重要的现实意义.     

TRMM多卫星测雨数据在赣江上游径流模拟中的应用

选取赣江上游峡山站以上集水区域为研究区域,以雨量站观测数据为基准数据,评估热带降雨观测计划TRMM一3842V6降水数据的精度,并采用上述2种降水数据驱动栅格型新安江模型,模拟赣江峡山站日流量和月流量过程．结果表明,尽管TRMM日降水数据较雨量站数据存在较大偏差,但采用TRMM降水数据模拟的日流量能基本再现峡山站的日流量过程;TRMM月降水数据精度较高,能够较为精确地模拟峡山站的月流量过程．因此TRMM月降水数据可应用于赣江流域的降雨．径流过程模拟,在无资料地区的水文预报、水资源估算、水资源评价与规划等相关研究领域具有广阔的应用前景．     

数字时代水文模拟技术的变革

从科学哲学方法论的角度,阐述了水文模拟技术从原子时代到数字时代的变革发展历程,简要回顾了数字水文学的由来,并对数字水文模型的基本内涵、基本框架和科学意义以及数字水文的研究内容、在数字地球中所处位置进行了探讨。得出：数字信息技术将变革水文科学研究的手段,促使水文模型有更大的发展;数字水文在数字地球中扮演重要角色,应用前景十分广阔。