面向大范围降水空间插值的普通克里金模型开发与实例分析

基于Matlab平台,开发了面向大范围降水空间插值的普通克里金模型—Matlab based ordinary Kriging(MatOK).与已有模型相比,MatOK的主要特点是:(1)在降水空间变异函数计算环节,采用SCE-UA算法拟合理论变异函数;(2)在OK方程组估值环节,引入降水空间发生概率的计算,完善了日等短时间尺度降水空间估值方法;(3)通过对OK方程组的标准化处理,有效提高了模型数值计算的稳定性.同时,将MatOK初步应用于集水面积为83374km2的赣江流域年、月、日降水空间插值中,并重点讨论了MatOK的计算稳定性和计算效率,结果初步说明了采用MatOK进行大范围区域降水空间插值是可行的.     

赣江流域高分辨率卫星降水数据的精度特征与时空变化规律

提出了一种基于地面雨量计空间插值数据,从栅格单元、子流域以及全流域3种空间尺度上综合验证和比较卫星降水数据精度的方法.采用该方法,针对长江中下游赣江流域,以2003~2009年325个雨量站空间插值数据为基准,在日时间尺度上,综合评价了TRMM 3B42,TRMM 3B42RT,CMORPH,PERSIANN,GSMaP MWR＋和GSMaP MVK＋共6种高分辨率卫星降水数据的精度,揭示了精度指标的时空变化规律.结果表明经地面雨量计校正的3B42综合精度最高,在日均意义上略为高估了基准降水量,其他未经校正的5种数据均有较大程度低估.同时,6种数据在汛期的精度显著高于非汛期.随着时间尺度的扩展,卫星降水数据的精度有不同程度提高,其中3B42最明显.在赣江流域西部山区及北部山前区,卫星降水数据的精度较低,而在中部及东南部丘陵、盆地相对较高.随着空间尺度的扩展,6种数据的精度不断提高.本文为验证其他区域卫星降水数据精度提供了范例,并为进一步研究利用卫星降水数据分析流域水文过程提供了直接依据.     

基于动态临界雨量的中小河流山洪预警方法及其应用

分析了国内外山洪预警预报技术的最新进展,提出了以分布式水文模型为摹础,以动态临界雨量为指标的山洪预警预报方法,并在江西遂川江流域得到应用,以期为全国山洪监测预警系统的建设及山洪灾害防治提供参考依据.     

长江流域鱼类多样性与流域特性关系分析

鱼类多样性是反映流域水生态系统的关键指标。该文基于鱼类多样性分析了影响长江流域水生态系统的主要因素。采用相关分析和灰色关联分析识别了影响鱼类多样性的主要因素。进一步通过多元线性回归建立了鱼类多样性与流域特性之间的定量关系。结果表明:影响长江上游干支流鱼类多样性的主要因素是海拔和流域面积等自然因素,除了通天河、金沙江上段、雅砻江等海拔3 500m以上的流域之外,其他上游干支流的主要影响因素是径流量。中下游鱼类多样性的主要影响因素从自然因素转变为土地利用类型,反映出人类活动对水生态系统的影响逐渐增强。     

黄河灌区水热通量的观测与分析

为解决农田节水问题,进行了田间水热通量观测和水热耦合循环过程机理分析。观测系统主要包括:常规气象、辐射、涡度相关法观测系统以及土壤水分观测剖面。该系统能够连续和稳定地观测土壤-植物-大气连续体中的水热循环过程,涡度相关法观测数据具有与国际同类观测一致的精度。对2005年山东省位山引黄灌区冬小麦和夏玉米生长期内水热平衡的分析表明:当叶面积指数较大时潜热是农田能量消耗的主要方式;在冬小麦返青至收割期内作物耗水略小于供水,而在玉米生长期内供水远大于作物耗水,灌区供水充分。     

基于物理机制的分布式水文模型对三峡区间径流的模拟

基于物理机制的分布式水文模型是无水文资料区域的径流模拟的一种有效手段,在对模拟效果的评价中,区间流域水文资料的短缺成为限制条件。针对此问题,该文以三峡区间径流模拟的效果评价为实例,借助区间模拟入流对干流洪峰的模拟作用,对其进行分析和评价。基于三峡区间GBHM(geomorphology-based hydrological model)分布式水文模型,模拟1989~2000年期间的区间径流,为三峡库区河道的HEC-RAS(hydrologic engineering center-river analysissystem)洪水演进模型提供侧向入流资料。比较计入和不计入区间模拟径流2种情况下库区河道洪峰流量的模拟误差,分析GBHM水文模型对区间径流的模拟效果。结果表明:在库区河道洪峰中区间径流占50%的洪水场次中,基于GBHM模型模拟的区间径流,可使洪峰的模拟精度提高到90%以上。基于物理机制的分布式水文模型对三峡区间径流的模拟,具有明显的作用。     

利用全局与局部相关函数分析流域降水空间变异性

为合理诊断流域降水的空间变异性,阐明了6种常见的全局和局部空间相关指标的联系与区别,并用空间相关函数进行统一表述,然后提出了同时从全局和局部2个方面对连续性与间断性并存的降水空间变异性进行综合分析的方法。采用全局半方差函数和局部Moran指数,对2003～2009年赣江流域降水空间变异规律进行了实例研究。结果表明:全局半方差函数便于描述流域降水的整体相关结构,而局部Moran指数可揭示降水的局部聚集形态和地带性规律,并能够诊断其中的奇异点。赣江流域年、月、日降水量在整体上呈显著的时变空间正相关性;在局部表现出较强的聚集性,并具有非平稳性和奇异性。同时,还初步指出了赣江流域降水空间变异性分析对于解释降水空间插值结果的作用。     

塔里木河流域山区和绿洲潜在蒸散发的不同变化及影响因素

通过塔里木河流域天山山区中部和西南部山区11个气象站以及开都-孔雀河、阿克苏河、喀什和叶尔羌绿洲共18个气象站的气象数据,对比分析了塔里木河流域山区和绿洲在1960-2006年间潜在蒸散发变化的不同趋势及气象因子的不同影响,并根据潜在蒸散发与山区降水、绿洲耗水之间的相互关系,分析了山区和绿洲潜在蒸散发变化趋势不同的原因.塔里木河流域山区和绿洲都具有潜在蒸散发下降的趋势,且潜在蒸散发的下降主要表现在其空气动力学项的减小,但绿洲潜在蒸散发的下降趋势明显强于山区.山区辐射和风速下降对潜在蒸散发的影响最为显著,而绿洲风速下降的影响最为显著.基于蒸散发互补相关理论分析发现,塔里木河流域山区和绿洲潜在蒸散发的下降分别与降水和绿洲耗水的增加紧密联系,反映了自然因素变化和人类活动对潜在蒸散发的不同影响.     

蒸发互补关系的区域变异性

为了研究蒸发互补关系的区域变异性,该文引入了水汽压-温度(p-t)状态空间.在蒸发互补关系中,湿润环境蒸散发量通常采用Priestley-Taylor(P-T)公式进行计算.研究表明:大气环流和洋流将热量和水汽由低纬度向高纬度输送,导致P-T公式中的参数α随纬度增高而增大;海陆之间的大气运动将水汽由海洋输送到陆地,导致α随着离海洋距离的增加而减小.这与中国108个流域的水文气象数据所揭示的规律是一致的.