气候变化和人类活动对水文循环影响研究进展

气候变化和人类活动是影响流域水文循环过程和水资源演变规律的两大驱动因素,所引起的水文效应已成为当前全球变化研究领域的焦点问题。水循环系统是气候系统的重要组成部分,气候变化对水循环要素的影响必然导致流域水资源的时空变化。同时,人类活动对流域水循环的影响也日益显著,主要表现为土地利用/覆被变化、修建大型水利工程等引起的流域下垫面条件变化,进而影响流域内的产汇流机制。针对气候变化和人类活动对流域水循环要素的影响机制,从水文要素时空变化检测与归因的角度对主要研究结果进行回顾,探讨了变化环境下水循环要素变化的检测与归因分析研究方法,并总结了定量区分气候变化和人类活动对水循环过程影响研究中的主要问题和不足,提出了未来需要重点加强气候变化和人类活动对水循环要素变异的驱动机理及贡献分解研究、加强水循环要素时空变异特征的诊断以及模型评价技术和不确定性量化研究等。     

地下水开采对海河流域水循环过程影响的模拟

利用分布式时变增益水文模型(DTVGM)的产流机制改进CLM3.5(Community Land Model version 3.5)的水文过程参数化,同时嵌入地下水开采对流域水循环影响的模块,并考虑经济社会用水,建立能够描述流域自然-人文过程的大尺度陆地水循环模型(CLM-DTVGM)。以地下水开采严重的海河流域为研究区,以中科院青藏高原研究所建立的中国区域高时空分辨率地面气象要素数据集作为大气强迫驱动,针对海河流域1980年-2010年的水循环过程进行模拟,分析地下水开采活动对流域水循环过程的影响。结果表明:地下水开采活动引起海河流域地表径流和土壤湿度整体有所减少,蒸散发则呈增加趋势,且各水循环要素空间分异较大。     

台湾地区蒸散发的遥感估算与时空分析

在地表能量平衡系统(SEBS)基础上,改进了SEBS的地表动量粗糙度、零平面位移及植被高度等参数化方案,并建立适合台湾地区的气温和地表温度相关性模型,构建了改良的定量遥感蒸散模型SEBS-China。选取台湾地区2002年和2003年4季各一晴空代表日,利用MODIS数据模拟了日均实际蒸散发。模拟结果较实测蒸发皿蒸发量偏小,与实际规律相符。分析模拟结果表明:台湾地区的太阳净辐射量、蒸发比和地表蒸散发量在时间分布上呈现出变化分明的年内分布规律:夏秋季比春冬季高,其中7月最大、1月最小。时间上,2002年4个代表日的模拟值普遍高于2003年的4个代表日。在空间上,高值区位于中部山区,并向东西两侧逐渐降低到沿海地区又略有回升。不同土地覆被类型的平均蒸散发量由大到小依次为森林、草地、水体、裸地、城镇建设用地;各行政区陆面蒸散发分布呈现城市明显低于区县的规律。     

长江模拟器的理论方法与实践探索

长江大保护是新时期国家重大战略之一。以水为纽带的长江经济带绿色发展面临诸多难题，如流域上、中、下游、左岸和右岸以及陆海统筹的系统治理，长江保护法实施的监管，变化环境下流域综合规划管理等。2019年提出了“长江模拟器”的构想，本文在此基础上系统总结了其概念和内涵，构建了长江模拟器的系统框架，即本质是以长江流域为对象，以流域水循环为纽带，将自然过程与人文过程相耦合而研发的流域模拟系统及科学装置。在明晰长江模拟器功能和应用、关键科学问题及学科需求等基础上，阐述了长江模拟器的理论体系，包括地球系统科学理论、经济社会科学理论、信息科学理论3大类；构架了长江模拟器的方法体系，包括5大类关键技术(智能感知技术、数据融合技术、计算支撑技术、应急处理技术和服务构建技术)、4大类主要方法(计算资源调配方法、数值模拟计算方法、人工智能模拟方法和优化决策调控方法);总结了长江模拟器面向6大方面的服务体系，即科技创新服务、综合治理服务、政府决策服务、应急管理服务、公众文化服务和数据应用服务。最后介绍了目前已开发的“长江模拟器1.0”应用实例。通过长江模拟器的建设，可为大江大河流域综合协调管理，也可为水利、环境保...     

水文模型参数敏感性分析方法评述

针对水文模型敏感性分析中存在的诸多问题,分析水文模型参数敏感性分析在模型构建及应用过程中的主要作用及其与不确定性分析和参数优化之间的联系,总结敏感性分析方法的3种分类,并探讨水文模型中常用的筛选法、回归分析法、基于方差的分析方法及基于代理模型技术的分析方法等4种关键技术方法,剖析水文模型参数敏感性分析方法的适用条件及优缺点,回顾各种方法在水文模型中的研究现状,提出水文模型参数敏感性分析的研究框架与步骤,指出水文模型参数敏感性分析的计算效率、可靠性和参数的相关性是未来的主要研究方向。     

基于代理模型的水文模型参数多目标优化

针对传统多目标优化算法存在计算复杂且效率偏低的问题,提出了一种基于代理模型的多目标优化方案。以淮河大坡岭水文站以上流域为例,采用多元自适应回归样条方法构建新安江模型参数与不同目标的响应曲面关系,进而估计参数的近似Pareto解集。采用4种目标函数（总水量误差系数,均方根误差,高水流量误差系数和低水流量误差系数）和4种模型精度评价指标（Nash-Sutcliffe效率系数,洪峰流量相对误差,径流深相对误差和峰现时间误差）评定模型优化结果,选择10场洪水过程和4种不确定性评价指标估计Pareto解集的模型预测区间特征。结果表明代理模型可有效降低模型评估与优化过程中的计算消耗,为实现多目标优化的高效性奠定了基础。此外,不确定性分析结果也进一步验证了方法的有效性和结果的可靠性,为复杂模型参数优化与不确定性评估提供了参考。     

定量遥感蒸散研究进展及关键问题

遥感技术为区域蒸散的定量提供了有效手段,在综述了国内外定量遥感蒸散研究概况的基础上,比较分析了目前较常用的几种遥感蒸散模型,并指出同类研究在地表温度与空气动力学温度差异、阻抗、平流、尺度效应及结果验证等方面存在一些问题,提出了提高定量遥感蒸散计算精度的具体措施,包括:运用高光谱提高地表温度反演精度;加强对瞬时地表蒸散转换为日总蒸散的研究;运用微波遥感解决阴雨天的地表蒸散;提高净辐射通量反演精度;借助动力学过程模型进行地表蒸散反演的研究;加强地面定标和试验遥感的研究等。     

我国大西线“江河连通”调水新格局的设想与评析

利用地理与资源科学的基本原理,在大西线调水线路和"南水北调"工程的启迪下,通过多年野外考察和室内研究,提出"江河连通"调水新格局,试图解决我国水资源开发和水利建设中的重大基础设施问题。"江河连通"调水新格局具有6大明显优势:格局建设灵活机动、全局性比较好、风险小、构建合理及可操作性强、有较好的科学性、后续研究潜力大。针对当前新时代的新要求,我国应加快开展调水线路的核查,深入系统地开展长江与黄河联合调度与调济的可行性研究,把"以电换水"作为今后进一步完善调水的战略目标。     

关于气候变化与人类活动对径流影响研究的评述

气候变化与人类活动对水文过程的影响是两种不同性质和不同时空尺度的物理过程。任何人类活动对水文过程的影响都是发生在某种气候背景下而不是独立的,因而揭示气候变异和变化对人类活动的制约作用有助于人们对自身行为后果的认识。如何将此两种过程耦合在气候系统中,将是天然水循环与社会水循环相互作用研究的方向。本文在总结归纳已取得的研究成果的基础上,提出改进水文模型中对气候变暖水文效应的描写,研制陆面过程中对天然蒸发与各种人类活动产生的额外蒸散发的定量计算方法,并将它们融入大气和陆地的水量与能量平衡方程中,将是最终建成天然水循环与社会水循环耦合模型的进程中不可或缺的研究问题。建立一个在网络上分散运营的,覆盖自然与社会,常规与非常规信息的数据库群,将为这种耦合模型研究提供基础数据支持。     

山西介休市实际蒸散发模拟及变化特征分析

为准确评价中小城市实际蒸散发(ET),采用物理机制明确的分布式时变增益水文模型(DTVGM)对介休市蒸散发进行模拟,以MOD16A2遥感产品验证分析蒸散发时空分布特征,并探讨了土地利用变化对蒸散发的影响。结果表明,DTVGM在研究区具有良好的适用性,总体模拟效果满足精度要求;介休市多年平均蒸散发量为375.4mm;年内呈现先增大后减小的单峰型分布趋势,主要集中在5～9月,蒸散发量最小和最大月值分别为14.0、71.7mm;多年平均蒸散发量具有较强的空间分异性,呈东南高西北低的变化趋势,不同季节蒸散发量的空间分布差异明显;不同土地利用类型蒸散发,林地草地耕地城乡、工矿、居民用地;同一乡镇,不同土地利用类型对蒸散发的影响有差别;同一土地利用类型在不同乡镇的蒸散发也有差异。