统计降尺度方法及其评价指标比较研究

针对目前气候变化对水资源影响研究中关注的问题,以汉江白河上游为研究对象,比较研究统计降尺度方法及其评价指标。以美国环境预报中心/美国国家大气研究中心全球再分析资料、CGCM3和HadCM3的A2情景为大尺度气候背景资料,应用SSVM和SDSM统计降尺度方法对大尺度气候因子进行尺度降解,得到降水情景序列后作为水文模型的输入,通过模拟径流比较分析统计降尺度方法的优劣。研究结果表明,由不同统计降尺度方法得到的降水作为水文模型输入,模拟径流的结果相差很大;对广泛应用于统计降尺度方法的降水模拟评价指标和径流模拟结果进行比较,发现所采用的降水评价指标侧重于考虑降水的统计分布特征,不能完整地描述降水过程特性。分析认为,径流模拟结果应该作为气候变化对径流影响研究中统计降尺度方法评价的重要参考。     

近60年气候与土地利用变化对金沙江径流的影响

气候变化与土地利用变化会对流域降水径流过程产生影响,如何定量区分气候变化和土地利用变化对径流过程的影响,一直是国际水文水资源领域研究的热点和前沿问题。为了定量研究金沙江流域土地利用与气候变化的径流响应,构建了金沙江流域SWAT模型,采用情景模拟的方法,对土地利用变化与气候变化对径流的影响展开了研究。研究结果表明:(1)过去57 a金沙江流域实测降水量和气温的上升趋势显著,而径流量的变化趋势不明显;(2)相较于金沙江流域气温的显著升高,各种土地利用变化很小;(3)由于过去30 a间土地利用变化很小,因此其对径流量的影响微小;(4)气候变化是影响金沙江流域径流的主要因素,然而,取用水、水库建设等人类活动对径流的影响也较为显著。     

基于SWAP和SRI的汉江流域旱涝急转时空特征分析

汉江流域受亚热带季风影响,易旱易涝,旱涝急转事件时有发生,灾害突发、抢险难度大,对社会发展易造成重大威胁。以汉江流域为研究对象,采用SWAP和SRI指数分析和研究汉江流域的旱涝演变及旱涝急转变化规律。结果表明:①SWAP和SRI指数均能对旱涝急转事件作出合理诊断,具有良好的适用性。②干旱及旱涝急转事件频次均呈现从汉江上游的西北地区到下游的东南地区先逐渐减少后增加的趋势;洪涝事件频次呈从北到南逐渐增加的趋势;旱涝急转事件平均强度呈现从上游的西北地区到下游的东南地区逐渐增大的趋势。③干旱事件在任意时间段均可能发生,洪涝事件和旱涝急转事件主要集中在夏季,且旱涝急转事件发生的时间短且急,强度较高,更具威胁性。     

水文大数据共享平台研究与设计

本文根据水文数据的特点探讨了水文大数据标准化方法,探索数据预处理、数据索引、数据高效存储等水文大数据共享平台关键技术;利用Hadoop对多源异构数据的海量存储能力及高速计算能力,研究基于MapReduce的水文大数据分布式数据处理模型,设计和实现水文大数据共享平台,为水利及跨行业跨部门的信息共享、空间集成,以及跨学科的可持续发展研究提供技术支撑。     

雨量站网分布对雨量插值算法及径流响应的影响

为比较雨量站网密度及分布对不同空间插值算法的影响,选取6种雨量站密度的不同分布,采用4种空间插值算法对研究区2006—2014年的日降雨进行插值,并将面均雨量作为新安江模型的输入,分析和比较其降雨径流响应。结果表明:①雨量站网空间分布越均匀,降雨插值误差越小,其径流模拟的精度也越高;②在雨量站网均匀布置的情况下,各空间插值算法的插值结果差异较小;雨量站网布置不均匀时,站点数目越少各空间插值算法插值结果差异越大;③计算点雨量时,考虑空间变量的克里金法能更准确地计算日降雨的结果;计算面雨量时,不同插值算法间差异较小,建议选用计算简便的插值算法,比如泰森多边形、反距离权重法。     

基于风险的非一致性设计洪水及其不确定性研究

研究非一致性条件下的设计洪水对水利工程规划设计、防洪决策等具有重要意义,当今国内外研究方法主要集中于时变矩法,然而,该方法对于某一设计频率推求出的每年一个设计值很难用于实际。水利工程设计需要量化两方面的基础信息,工程设计使用年限及设计使用年限内水文风险。本文尝试将水文风险的概念引入到非一致性条件下设计洪水研究当中,其中选取更具物理意义的气象因子作为洪水频率分析的协变量,进一步结合大气环流模型(General Circulation Model,GCM)输出数据的统计降尺度结果推求特定设计使用年限内某一水文风险下的设计洪水,并与传统以时间为协变量的情况进行比较。选取渭河流域洪水序列作为实例研究。结果表明:两种协变量情况下非一致性设计洪水及其95%置信区间相比于一致性假设情况存在明显差别,并且以气象因子为协变量的非一致性设计结果相比于时间为协变量更为合理。本文方法所得设计结果可为水利工程规划设计及防洪决策提供一定参考依据。     

六种基于能量的潜在蒸散发估算方法在海河流域的适用性

潜在蒸散发是一个综合性气候因子,是流域水文循环模拟的主要输出量。针对现存潜在蒸散发量估算方法的适用性分析不够全面的问题,基于海河流域45个国家气象台站1960~2010年日气象数据序列,以Penman-Monteith方法估算量和蒸发皿蒸发量为基准,从潜在蒸散发估算量与蒸发皿蒸发量的相关性、年均值空间变化特征、年内四季空间变化特征和年际变化趋势四个方面,探讨了六种基于能量的潜在蒸散发估算方法的适用性。结果表明,Penman-Monteith方法在整个流域具有较强的适用性;六种基于能量方法中,Doorenbos-Pruitt方法、Makkink方法、Hargreaves方法估算效果较好。     

基于温度和空气动力学的海河流域潜在蒸散发量估算方法的适用性

针对潜在蒸散发量估算方法众多但缺乏统一评价的问题,基于海河流域46个国家气象站点1960~2010年日气象数据序列,以Penman-Monteith方法估算量和蒸发皿蒸发量为基准,从估算量与蒸发皿蒸发量的相关性、年均值空间变化特征、年内四季空间变化特征和年际变化趋势四个方面,开展六种基于温度和空气动力学的潜在蒸散发量估算方法及Penman-Monteith法在海河流域的适用性讨论。结果表明,PenmanMonteith方法在整个流域适用性较强;六种基于温度和空气动力学的方法中,Kaharrafa方法和Blaney-Criddle方法在多年均值和年际变化趋势上估算效果较好,但在年内四季分布上却不太好,Penman和Rower方法在多年均值和年内四季分布方面适用性较强,但估算的年际变化趋势与蒸发皿蒸发量不一致。由于各方法考虑的气象因子及各因子对估算量的影响程度不同,基于温度和空气动力学方法仅考虑单一气象要素,只能反映某一方面的变化。     

应用光滑支持向量机预测汉江流域降水变化

 统计学降尺度方法是国内外研究全球气候模型尺度降解的热点问题。研究和探讨了基于光滑支持向量机的统计学降尺度方法;建立大尺度气候观测资料和实测降水之间的统计关系;模拟和预测汉江流域降水变化,并同传统的多元线性回归分析方法相比较。结果表明,基于光滑支持向量机的统计学降尺度方法的模拟精度不仅高于多元线性回归分析方法,而且明显优于CGCM2气候模型的输出降水结果。     

1956—2022年鄱阳湖枯水情势演变及驱动机制分析

鄱阳湖枯水情势变化将极大影响区域水资源、水环境和水生态安全状态。复杂条件下鄱阳湖水文极端事件成因分析与灾害预警是当前亟待突破的难点。本文基于湖区年补水-退水水文过程分析,运用“江湖关系”分期分析等方法,探究了湖区枯水情势演变规律和驱动机制。结果显示：(1)后三峡时期,湖区枯水情势显著加剧,星子站年最低水位平均下降5.7%,低水烈度、低水天数平均增加36.9%、26.6%;(2)单因素分析中,湖区低水天数受长江水流条件的影响大于湖区最低水位、低水烈度;多因素分析中,6个解释因子综合解释了上述3个湖区枯水特征量的演变,相应回归模型的R²依次为0.83、0.83、0.70;(3)贡献分析表明,近20年的枯水整体加剧趋势主要源于长江水流条件改变的综合影响,以湖区年最低水位减小为例,江湖水位流量关系变异贡献138.0%,三峡水库蓄水期汉口径流减小贡献8.4%,三峡水库补水期汉口径流增加(缓解)贡献-34.2%。本研究将为鄱阳湖的枯水情势驱动机制解耦、干旱预警研究提供参考。