流域水文模型的参数全局敏感性分析

基于LSPC构建内蒙大佘太流域水文模拟模型, 利用Morris和Sobol两种全局敏感性分析方法, 识别水文敏感参数及敏感下垫面类型, 评估不同敏感性分析方法和模型输出度量方法对敏感性分析结果的影响。主要结论如下: 1) 模型对日、月两尺度的径流模拟效果好, 模拟值与观测值的决定系数R²>0.6, 纳什系数NSE>0.5, 说明LSPC模型适用于对内陆干旱半干旱地区的流域水文模拟; 2) 两种敏感性分析方法对参数敏感指数排序和敏感参数识别均有影响, 而MAE和MSE两种度量方法的影响主要体现在敏感参数识别方面; 3) 敏感水文参数为下层土壤含水量(LZSN)和地下水蒸发系数(AGWETP), 敏感下垫面类型为草地、耕地、林地和水域, 与大佘太流域的降水和土地利用类型有关。     

基于SWAT模型的泾河流域月径流分布式模拟

受气候变化和人类活动变化的影响,流域水循环和基于物理机制的分布式水文模型已成为研究热点。本文采用泰森多边形计算泾河流域2008—2015年每月面降水量,对中国大气同化数据集(CMADS)和传统气象站降水量变化趋势及其相关关系进行分析。构建基于SWAT的泾河流域分布式水文模型,并采用CMADS驱动SWAT模型,通过对流域内张家山(二)水文站2008—2015年月径流的率定和验证,评价CMADS+SWAT模式在泾河流域的适用性,并采用SUFI-2算法对模型参数进行敏感性分析和模型不确定性分析。结果表明:泾河流域CMADS数据集和气象站监测数据相关性较高,可采用CMADS数据集驱动SWAT模型。所构建的泾河流域径流模拟模型中12个参数敏感性较高,包括平均坡度(HRU_SLP)、土壤表层到底层的深度(SOL_Z())、主河道河床有效水力传导度(CH_K2)等。采用确定性系数(R~2)、纳什效率系数(NSE)、百分比偏差(PBIAS)和均方根差与标准偏差的比值(RSR)四个指标对模型结果进行评价,率定期和验证期的R~2和NSE均达到0.8以上,RSR均小于0.7,且PBIAS均介于±25%,表明CMADS+SWAT模式在泾河流域的模拟结果较好。对于整个模拟期,验证期的模拟效果优于率定期。模型率定期和验证期的p-因子均大于0.7,r-因子均接近于1,不确定性较小。研究结果可为泾河流域水资源开发利用与管理提供参考,同时CMADS+SWAT模式能够为我国气象观测资料匮乏地区的水资源管理、土地利用和非点源污染研究等提供基础支撑。     

基于Budyko假设的鄱阳湖抚河流域 径流变化归因分析

气候变化和人类活动是河川径流变化的主要影响因素,以抚河流域为研究区,采用Mann-Kendal检验和双累积曲线分析研究区1961—2010年气象水文要素的变化特征,基于Budyko假设,评价气候变化和人类活动对抚河流域径流变化的贡献率.结果表明:①1961—2010年抚河流域径流量整体呈下降趋势,年均径流深为763.4 mm,降水量年际波动较大,整体变化趋势不明显,潜在蒸散量呈显著的下降趋势,下降速率达-5.472 mm/a;②抚河流域径流变化可划分基准期(1991—2002年)和人类强干扰期(2003—2010年)为两个阶段,径流变化弹性系数的绝对值由大到小依次是ε_P(降水)ε_(ET_0)(潜在蒸散)ε_w(下垫面指数),从1961—2010年这50年中,流域径流对气候的敏感性减弱,对下垫面的敏感性增强;③从参考期到人类强干扰期,抚河流域土地利用方式的转变以及水库、大坝等水利工程设施的修建所导致的下垫面变化是径流减少的主要原因,而气候要素降水量的贡献次之,潜在蒸散量的贡献最小.     

气候变暖背景下黄河源区白河和黑河流域径流变化归因分析

使用Mann Kendall检验和STARS法对黄河源区白河和黑河流域1985-2016年水文气象序列进行趋势分析和突变点诊断,利用基于Budyko假设的傅抱璞公式定量评估气候变化(包括降水和潜在蒸散发)和人类活动对流域径流变化的影响程度.结果显示,两个流域气温上升趋势显著,年径流都呈减少趋势,降水和潜在蒸散发都增加,潜在蒸散发变化幅度大于降水.白河流域径流与降水均未发生突变,径流主要受气候变化影响.黑河流域径流发生两次突变,分别为1994和2012年.弹性系数计算结果显示,黑河径流的降水、潜在蒸散发以及下垫面弹性系数分别为3.82,-2.82,-0.74,表明与人类活动相比,黑河径流对气候变化更加敏感,降水比潜在蒸散发发挥的作用更大.归因分析表明,降水、潜在蒸散发和人类活动对两次黑河径流突变的相对贡献分别为-18.34%、30.12%、88.22%以及74.47%、-40.51%、66.04%,人类活动是导致黑河流域径流变化的主要原因.     

2000—2015年黑河流域中上游NDVI时空变化及其与气候的关系

选择西北第二大内陆河黑河流域中上游为研究区, 以2000—2015年逐月NDVI数据、月均温和月降水数据、DEM数据和基础地理信息数据为数据源, 采用RS, GIS 和数理统计分析等方法, 从区域尺度和像元尺度揭示区域NDVI时空变化格局及其与气候的关系。结果显示: 1) 2000—2015年, 黑河流域中上游NDVI总体上呈现增长趋势, 其中夏季的增长速率最大, 明显高于春季和秋季; NDVI快速增长区主要位于中游地区黑河干流两侧的绿洲地带; NDVI显著下降区位于张掖市市辖区、酒泉市市辖区以及其他县城所在地; 2) 夏季NDVI与降水相关性较高, 而春、秋季NDVI与气温相关性较高; 夏季NDVI与夏季降水的显著相关性主要体现在远离黑河干流的大片低覆被草地、戈壁以及荒漠, 而邻近黑河的人工绿洲地带NDVI与降水没有显著相关性; 3) NDVI响应降水的时滞效应较明显, 夏季NDVI对降水的响应普遍存在1个月的时间滞后, 最长能滞后2个月。研究结果可以为区域植被恢复和生态系统管理提供参考。     

黑河上中游流域地表植被对干旱的响应

在干旱半干旱区,水量是植被生长发育的重要因素.本文基于黑河上中游流域2000—2010年MODIS遥感叶面积指数(LAI)产品、中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集等多源数据,计算研究区域各栅格逐月的累积相对湿润指数,通过皮尔逊回归分析,建立LAI与累积相对湿润度指数的相关关系,以此定量评价黑河上中游流域不同土地覆被类型(农田、森林、草地、聚落、湿地)LAI对气象干旱的响应.结果表明:1)植被对干旱的敏感性随植被生长的不同阶段而变化,多数类型的植被在每年的8月份对干旱最为敏感;2)不同类型的植被受干旱影响的程度不同,干旱对农田和草地的影响较大;3)含虚拟变量的回归模型能够合理地描述干旱对植被的影响,模型具有一定的精度.     

基于多源降水融合驱动的WRF-Hydro模型在中小河流洪水预报中的适用性

从提高驱动数据(降水)的质量和时空分辨率出发,评估了基于混合地理加权回归截尾函数(MGWR-BI)多源降水融合算法的有效性,以及融合降水对WRF-Hydro模型计算结果的影响。将融合降水数据用于WRF-Hydro模型中进行子午河流域的洪水预报,并与站点实测降水数据进行比较,结果表明,融合降水的精度高于原始CMORPH卫星降尺度降水,融合降水数据驱动WRF-Hydro模型比CMORPH卫星降尺度降水数据能更好地预报与模拟洪水事件,WRF-Hydro模型具有中小河流洪水预报的潜在优势。     

基于卫星降水融合产品的黄河源区汛期径流模拟

黄河源区(唐乃亥水文站以上)多年平均径流量约200×108m3,占黄河天然径流量的34%,是黄河流域的主要产流区和重要的水源涵养区.黄河源区历史汛期径流的变化一直是学界关注热点.本文以数字流域模型研究对象,旨在提高黄河源区历史汛期径流模拟结果精度.首先对比评价了黄河源区多源降水数据,相比于地面雨量站数据和CMORPH降水数据,CMORPH地面融合降水数据在黄河源区分辨率较高,精度可靠.其次集成了适用于黄河源区的大尺度、高分辨率的数字流域模型,利用融合降水数据,完成了黄河源区汛期径流的模拟.将2008~2012年汛期划分为率定年和验证年,径流模拟结果显示,率定和验证期逐日径流过程的Nash-Sutcliffe效率系数较高,汛期径流量符合良好,证明了数字流域模型在黄河源区的适用性,有利于黄河源区水资源分布进一步的评估和管理.     

长三角地区常用遥感降水产品质量评估

长三角地区是中国经济最发达地区之一,选定较好的卫星降水产品是进行科学防灾减灾的重要环节.基于地面气象站降水实测数据,采用7种指标对目前中外常用遥感降水产品热带降水任务卫星(tropical rainfall measurement mission,TRMM)、气候预测中心校正产品(climate prediction center morphing technique,CMORPH)、全球降水计划数据集(global precipi-tation measurement,GPM)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合数据集(China merged precipitation analysis,CMPA)在长三角地区的适用性进行评估.结果表明:在年尺度,CMPA产品质量最优,相关系数达到0.95;在季节尺度,冬季GPM最优,夏季TRMM最优;平原地区比山区地区的产品质量要好.融合多降水产品的高精度产品未来将成为科学防灾减灾的重要数据.     

浙南山区小流域WRF模式参数化方案对比与优化组合

准确的降水预报对好溪流域防洪减灾具有重要意义。本研究选取好溪流域典型降水场次,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式,开展云微物理过程参数化方案和积云对流参数化方案敏感性分析,优选适用于好溪流域的物理过程参数化组合方案,提高好溪流域降水预报精度。研究结果表明：云微物理过程和积云对流参数化过程的方案选择及组合对降水预报影响显著,然而没有某一种组合方案的模拟效果对于所有场次的降水都是最佳的;综合考虑所有的典型降水场次,当云微物理参数化方案选择Lin（Purdue Lin）方案、积云对流过程参数化方案选择KF（Kain-Fritsch）方案时,降水预报精度最高。     

三水盆地古近纪早期微体生物群及其古环境意义

 对三水盆地SB-01钻孔下古近系地层进行了微体化石分析,共发现介形类7属10种,分布于5个层位;轮藻化石9属15种,见于3个层位。根据介形类和轮藻化石的分布、丰度和分异度变化,讨论了三水盆地古近纪早期的古环境变化。分析结果表明,三水盆地古近纪早期可划分为4个环境演化阶段。阶段A（89.0~75.5 m）：气候较干燥,水体较浅的半咸水环境;阶段B（75.5~53.5 m）：气候温暖潮湿为主,湖平面上升,水体盐度仍较高;阶段C（53.5 ~ 21.0 m）：温湿－干旱气候条件交替出现,湖平面和水体盐度波动频繁;阶段D（21.0 ~ 5.2 m）：气候温暖湿润为主,水体较深,湖水逐渐淡化,相应于湖盆发育盛期。     

长江上游卫星反演与再分析降水数据的适用性评估

为评估不同降水数据在长江上游的适用性,基于气象站点观测数据,采用多种评价指标,定量评估了卫星反演降水数据(IMERG-Final、GSMaP-Gauge)及再分析降水数据(ERA5-Land)在长江上游的应用精度,并分析了各降水数据在不同等级降水的误差结构。结果表明:3套降水数据均能准确捕捉流域降水东高西低的空间格局,与观测降水有着良好的相关性,且2015—2019年表现平稳,有可长期应用的潜力;各降水数据时间分辨率越高,误差相对越大,在流域地形变化剧烈的中部误差更大;对弱降水易错报高估,对强降水的低估随降水强度上升而加剧;两套卫星反演降水数据总体误差较小,适用性良好,IMERG-Final有更好的误差控制能力,GSMaP-Gauge对降水发生的识别更为准确;ERA5-Land明显高估流域降水,尤其在西南部地区。     

三水盆地SB01孔的有机质类型及其古气候指示意义

 采用有机岩石学和全岩热解分析方法,对三水盆地SB 01孔的有机质类型进行了研究。根据有机质类型及分布特征,结合岩性变化和已有的其它古气候证据,分析了岩芯沉积时期的古气候演变过程。有机岩石学分析显示,SB 01孔岩芯沉积物中的有机质类型以II型（包括II1和II2型）为主,少量为I型,偶见III型。热解分析结果表明有机质的热演化程度较低,有机碳在热演化过程中损失不大。I、II1和II2型有机质类型分别指示干旱、干燥和温湿的气候条件。莘庄组艮坑段顶部以II1型有机质类型为主,表明其沉积时期盛行较为干燥的气候条件。〖XCchen1.TIF;%89%89〗心组红岗段亚段A的有机质主要为II2型,夹有含I和II1型的层位,反映温湿气候条件占主导地位。亚段B的有机质类型为II2与II1（或I型）交替出现,反映温湿与干燥（或干旱）气候条件的快速波动变化。亚段C下部主要为II1和I型有机质,中上部以II2型有机质类型为主,指示其气候由前期的干燥（或干旱）条件转为以温湿条件为主。     

多时间尺度下遥感降水产品与再分析降水产品在海河流域适用性对比分析

为了综合评估热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)、全球降水测量计划(global precipitation measurement,GPM)遥感降水产品和MERRA-2再分析降水产品在海河流域的适用性,基于流域内57个气象站点2014年3月—2018年2月期间的逐日实测降水数据,选用相关系数、均方根误差、平均绝对误差、相对误差等评价指标,对比分析三者在海河流域年、季、月多时间尺度观测精度.结果表明:在年、季、月时间尺度上,GPM数据与站点实测数据的相关性均为最优,TRMM相关性均最弱.在3种时间尺度下,MERRA-2再分析数据在海河流域的数据精度最高,GPM次之,TRMM数据误差最为明显.TRMM、GPM在年度、季度降水量上均存在一定的高估现象,TRMM表现出对降水的高估现象更加明显,但是夏季GPM相对误差略高于TRMM数据.总体上,3种降水产品在海河流域均具有较好的适用性,但MERRA-2与GPM在海河流域的适用性较好且优于TRMM,GPM在弱降水观测能力方面较TRMM明显增强,但强降水监测能力仍有待提升.     

黑河流域植被FAPAR时间序列模拟分析与预测

以2001?2010年黑河全流域MODIS FAPAR产品为研究对象, 结合同期MODIS土地覆盖分类产品, 提取FAPAR随时间变化的趋势项、周期项及残差, 对趋势和周期成分建立自回归模型, 并结合卡尔曼滤波方法过滤反演误差噪声, 获取高质量的FAPAR时间序列数据。在此基础上, 进一步分析黑河全流域不同植被类型FAPAR时间序列的变化差异, 并选取具有不同植被季相变化特征的研究区, 利用该方法预测某一时刻该区域各像元的FAPAR。结果表明: 黑河流域不同类型植被的FAPAR都具有明显的季节变化特征; 受气候等条件的影响, 流域不同区域的同种植被存在差异。提出的时间序列分析与预测方法适用于不同植被类型, FAPAR预测结果与MODIS当日产品较为相似, 预测误差约为3%。     

吐哈侏罗纪原型盆地演化对烃源岩分布的控制

吐哈侏罗纪原型盆地演化主要表现为早、中侏罗世断陷盆地向晚侏罗世挤压再生前陆盆地转变。原型盆地演化控制了这一时期的大地构造格局,古地理环境发生改变,古气候条件相应调整,在这样特殊的古地貌背景下沉积了该时期重要的烃源岩层。早、中侏罗世,吐哈盆地沉积了温暖、潮湿气候条件下的河湖、沼泽相层系,其中广阔湖相沉积的暗色泥岩、炭质泥岩及煤层成为该时期最重要的烃源岩;晚侏罗世,盆地接受干旱气候条件下的山麓河流相沉积,很少有烃源岩。中、下侏罗统八道湾组和西山窑组含煤岩系是盆地内的主力烃源岩,中侏罗统七克台组湖相至半深湖相沉积,是盆地内的次要烃源岩。     

黄河流域降水序列变化的小波分析

采用1961—2000年黄河流域97个气象站点的系列资料,在分析黄河流域降水空间变化格局的基础上,采用墨西哥帽小波函数,对黄河流域近40 a来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了黄河流域降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并确定了各序列中存在的主要周期。结果表明：黄河流域多年平均降水量的地区分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的地区性差异;黄河流域年降水和各季节降水均存在8~12 a左右时间尺度的多少交替,表现出明显的周期特征,其次4~6 a左右时间尺度的周期特征也较明显,夏季降水和年降水变化趋势具有较大相似性,不同时间尺度的周期特征之间有不同程度的吻合,说明夏季降水较大程度地控制着年降水。小波分析的时频局部化特性可展现降水时间序列的精细结构,为分析气候多时间尺度变化特征及短期气候预测等节水关键问题研究提供了一种新途径。