基于卫星重力场的数据同化及其在水循环研究中的应用

“一代材料，一代器件，一代技术”。新型晶体材料及器件是激光器技术及设备更新的源泉。只有不断发展新型的激光材料，提升现有激光材料的性能，才能够持续推动激光整个行业链向前发展。通过本课题的实施，为全固态激光技术提供了自主开发、性能更好的新型晶体材料和器件，有望推动新型和更高性能激光器设备的更新，从而满足高端科学研究、工业和社会对国产新型激光设备的迫切需求。围绕本课题的核心目标，课题组按照任务书计划，分别在先进激光材料和人工晶体的关键工艺、批量生产与应用、产业化发展等领域开展研究工作。     

陆面模式VIC中动态表示地下水位的新方法

土壤含水量在陆气相互作用的水分能量平衡中起着重要作用.而地下水位又直接影响到土壤含水量.地下水位的动态表示可以归结为运动边界问题.通过坐标变换将运动边界问题转换成固定边界问题,采用有限元法发展了地下水位的计算模块.将该模块与陆面模式VIC(variableinfiltration capacity)进行了耦合.结果表明该方法不仅给出陆面模式中地下水位的动态表示,计算量较小,而且避免了地下水位深度尺度的选取问题.     

二维非饱和土壤水流方程基于POD方法的有限元格式

将特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)应用于二维非饱和土壤水流方程通常的有限元格式,将其简化为一个计算量少但具有足够高精度的POD有限元格式,并给出POD有限元解的误差估计.数值例子表明:POD有限元解能有效地表达土壤水流的运动特征,保证了POD有限元解和通常有限元解误差足够小,而且POD有限元格式有较少的自由度,比通常的有限元格式大大节省了计算量和内存容量,从而验证POD方法的有效性.     

气候变化对中国径流影响评估模型研究

以陆面参数化方案VIC(variable infiltration capacity)为基础,建立气候变化对中国径流影响评估模型.全国共分60km×60km网格2604个.建立了与土地覆盖类型及土壤质地有关的全国60km网格植被参数库和土壤参数库,完成了740个站点包含1980～1990年11年日资料的强迫数据在全国60km网格上的插值.VIC模型在全国2604个网格上连续运行,独立输出每个网格上1980～1990年的日径流深,结果显示网格多年平均计算径流深与多年平均降水在空间分布上对应关系良好.对淮河流域蚌埠以上区域及渭河部分流域的模拟与实测月流量过程进行了对比分析,月过程峰形吻合较好.初步表明所建评估模型具有一定的合理性与适应性.     

非饱和土壤水流问题含水量和通量的数值模拟研究

利用混合有限元方法，建立了非饱和土壤水劝的数值计算模型。可以用来统一计算剖面渗，蒸发，蒸腾和再分配以及当这些现象交潜出现时的土壤含水量和水分量分布，并可用于高精度高分辨率陆面模式。     

基于神经网络与半分布式水文模型相结合的缺资料区径流估计模型 ——以莺落峡流域为例

针对黑河上游莺落峡流域海拔较高区域降水缺测问题,基于半分布式水文模型TOPMODEL,利用神经网络(ANN)融合海拔较高区模拟降水与流域稀疏站点观测作为降水输入计算产汇流,并利用粒子群优化算法进行参数全局优化以同时率定TOPMODEL与ANN参数,从而构建基于ANN与半分布式水文模型TOPMODEL相结合的径流估计模型P-NN-TOP.利用1990—1995年莺落峡水文控制站观测日径流进行模型进行参数率定,利用1996—2000年的相应观测进行模拟验证,并借助所发展模型P-NN-TOP对2001—2010年的日径流进行估计与分析.结果表明:在模型率定和验证期,新发展的P-NN-TOP模型较其他模型表现出明显的优势,在观测站点稀疏情况下能较好地融合站点观测和模式模拟信息;并在兼具输入数据可获取性的同时提高了径流模拟的精度.此外,结果还显示2001年为模拟与观测日径流相关性的年突变点并从2004年开始明显降低,与上游水电站的开发使用在时间上基本一致,表明所发展的P-NNTOP模型能较为合理描述2001—2010年出山流量日变化,在探索径流估计新方法的同时也为类似流域的洪涝预警和水资源调配提供一定参考.     

气候变化对中国东部季风区水循环及水资源影响与适应对策

中国东部季风区水循环及水资源变化复杂,水旱灾害频繁,其中既有强烈的季风区自然变化影响,又有气候变化中二氧化碳排放导致的人为强迫的影响。近些年作者团队的研究表明：中国陆地水循环主要变化是由温室气体排放的影响叠加在东部季风区显著的自然变率背景下共同作用形成的,其中自然变率对降水影响的贡献约占70%,人为强迫的贡献占30%;随着未来二氧化碳排放的贡献率逐步增大,中国极端水旱灾害有进一步增加的态势,气温每升高1°C,华北农业耗水约增加4%总用水量;气候变化对中国东部季风区长江、黄河、淮河、海河以及珠江等八大流域的水循环以及南水北调(中线)重大调水工程有突出的影响与风险,需针对水资源脆弱性变化与水安全问题,采取适应性的对策与措施。