2015年黄河流域陆地水储量变化

为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化，基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GLDAS进行陆地水储量反演，通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度，并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响。初步结果表明：在时间上，由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量变化趋势为-5.20 mm/a，2005—2006年的变化趋势达到-0.91 mm/月，各年内仅7—9月份呈现盈余状态；在[JP2]空间上，流域西部呈现为盈余状态，流域东部呈现为亏损状态；煤炭开采量转换的等效水高变化趋势为-1.95 mm/a，[JP]扣除该水高趋势得到更精确的陆地水储量变化趋势为-3.25 mm/a，其对传统陆地水储量反演结果精度的影响不可忽略；此外，降水与地下水变化分别是导致上、下游区域陆地水储量变化的重要因素。本研究综合考虑煤炭开采量影响，有助于提高传统陆地水储量反演方法精度。     

基于GRACE重力数据反演黄河流域陆地水储量变化

基于GRACE重力卫星数据反演黄河流域2002-2013年陆地水储量变化,并通过GLDAS验证GRACE反演结果。在此基础上采用皮尔逊相关系数法进一步探究陆地水储量与降水、气温、蒸散和植被NDVI的关系。结果表明:基于GRACE数据能够较好地反演陆地水储量; 2002-2013年间黄河流域的水储量以0.56 cm/a的速度减少,且具有明显的季节特征,水储量在1-6月呈亏损状态,7-12月呈盈余状态;对黄河流域水储量变化与降水、气温、蒸散和NDVI进行滞后性分析,表明其与降水、蒸散、NDVI有两个月的滞后效应,与气温为3个月。     

基于GRACE和GRACE-FO的黄河流域陆地水储量及影响因素分析EI北大核心CSCD

基于GRACE和GRACE-FO卫星陆地水储量遥感数据,采用长短期记忆(LSTM)神经网络模型,结合水量平衡方程和全球陆地数据同化系统(GLDAS)重建GRACE与GRACE-FO间的陆地水储量变化量,分析黄河流域2002年4月至2020年3月陆地水储量变化特征,探究影响陆地水储量变化的环境因子。结果表明:LSTM模型可以有效填补GRACE与GRACE-FO间的陆地水储量变化量;黄河流域陆地水储量呈明显下降趋势,上、中、下游下降趋势依次增大,陆地水储量与地下水储量的变化特征高度相关;黄河流域上、中、下游年陆地水储量变化量与年降水量和年干燥度指数呈极显著相关关系,表明黄河流域陆地水储量变化受到降水和蒸散发的影响。     

基于GRACE数据监测黄河流域陆地水储量变化

利用2003—2015年的GRACE重力卫星数据,结合降水量与蒸发量数据,研究黄河流域水储量的时空变化情况,分析其变化趋势与影响因素,并将GRACE数据与GLDAS水文模型的反演结果进行比较,验证GRACE反演结果的准确性。结果表明:研究时段内,黄河流域水储量呈下降趋势,水储量呈现季节性变化,夏秋季水储量较丰,春冬季较少,空间上由西向东递减;相比蒸发量,水储量与降水量相关性更好。     

2002-2015年西北地区陆地水储量时空变化特征

在干旱—半干旱地区,陆地水是经济社会发展的重要水源。本文利用高斯平滑滤波处理的2002—2015年逐月GRACE卫星时变重力场数据,反演了西北地区陆地水储量变化。结果表明：在时间上,西北地区陆地水储量总体呈现下降趋势,每月减少0.014 cm,相当于每年减少53.5亿m³。在空间上,2002—2015年间陆地水储量减少区域约为224万km²,增加区域约为106万km²。各地区陆地水储量呈现明显的季节变化,7月达到年内最大值,陆地水储量处于盈余状态;冬、春季节为年内的低值区,陆地水储量处于亏损状态;陆地水储量的变化与降雨季节变化一致,表明西北地区降水是最重要的陆地水来源。     

基于卫星遥感数据和SPA的淮河流域陆地水储量变化研究

为研究流域陆地水储量多年变化情况,以淮河流域为例,利用2003-2016年GRACE重力卫星数据反演流域陆地水储量变化,分析其多年时空变化规律;利用MODIS遥感数据生成归一化植被指数NDVI,通过皮尔逊相关系数和SPA集对分析,结合降雨、温度、径流、NDVI和环流数据分析陆地水储量变化的主要影响因子。结果表明:GRACE反演的淮河流域陆地水储量整体呈现微弱下降趋势,具有年周期性,秋季初期达到峰值;流域南部桐柏山和大别山区域陆地水储量上升,北部流域内的郑州区域陆地水储量显著下降;陆地水储量变化与温度相关度较低,主要受降雨、径流变化影响,呈正相关,受当地植被归一化指数和环流指数影响相对较小,呈负相关。     

GRACE反演近年青藏高原及雅鲁藏布江流域陆地水储量变化

利用2005年至2010年6年的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)数据反演,研究了青藏高原地区以及雅鲁藏布江流域的季节及年陆地水储量的变化情况.结果显示:在研究区,伴随着显著地季节性波动,年水储量均有明显的下降趋势.同时,流域GRACE数据反演结果和国际上几种模式的水文模拟结果比较表明,GRACE在两个流域上的反演结果与CPC水文模型模拟结果变化趋势较为一致,但水储量年、季变化幅度偏大,而与GLDAS发布的CLM与VIC模型的结果则相差甚远,主要原因归结为青藏高原地区气候条件复杂导致模型的不确定性及误差较大,而大多水文模型缺乏对地下水变化的模拟能力所致.     

基于GRACE和MODIS数据的长江流域陆地水储量变化分析及预测

利用GRACE重力卫星数据反演的长江流域陆地水储量变化(TWSA)以及MODIS遥感数据生成的归一化植被指数(NDVI),从趋势性、相关性及时空变化特征3方面分析长江流域陆地水储量变化以及植被覆盖变化。结果表明:长江流域归一化植被指数(NDVI)与陆地水储量变化(TWSA)之间有强相关性,二者均在2月份达到最低值,在8月份达到峰值,季节变化均呈现夏季＞秋季＞春季＞冬季的规律。利用GRACE水储量与NDVI最小二乘拟合关系,通过灰色预测模型得出长江流域2016年为偏丰水年。研究结果可为长江流域水资源规划及预警提供参考依据。     

GRACE卫星数据在海河流域地下水年开采量估算中的应用

结合GRACE卫星数据和全球陆面数据同化系统GLDAS数据,反演了2004—2009年连续72个月的海河流域地下水储量变化。在此基础上,结合2004—2009年海河流域水资源公报的降水量、地下水开采量数据,建立了地下水年开采量与GRACE地下水储量年变化、年降水量的二元回归模型。利用GRACE卫星数据和GLDAS数据反演的地下水储量年变化与由地下水位观测数据计算出的地下水储量年变化相关性较强,其R2为0.804;基于GRACE地下水储量年变化数据与年降水量数据,对地下水年开采量的估算结果良好,建立的回归模型的R2为0.787,表明利用GRACE卫星数据对地下水年开采量进行估算是可行的,是传统地面调查的良好补充。     

利用GRACE时变重力场探测长江流域水储量变化

由于水储量分布不均以及拟合条件不完善,传统水储量探测方法存在局限性,而GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)重力卫星克服了这些局限,为探测陆地水储量变化提供了新思路。利用CSR(Center for Space Research)提供的GRACE时变重力场模型,辅以P4M6去相关滤波以及高斯平滑滤波等,反演了长江流域2003~2013年陆地水储量变化,采用GLDAS（global land data assimilation system）和WGHM（WaterGAP Global Hydrology Model）水文模型进行对比验证,并对计算得到的水储量时变序列进行趋势项分析。结果表明,GRACE时变重力场能较精确地反演长江流域水储量变化;长江流域水储量呈缓慢增长趋势,增长速度约为0.6 cm/a,长江流域中下游区域水储量增长速度明显大于长江上游区域。     

GRACE重力卫星监测煤矿开采区地下水变化研究

黄河中游是国家煤炭资源的聚集区,大规模、大范围的煤矿开采对地下水产生了较大扰动,而该区域的地下水是生产、生活重要的水源,因此,实时监测地下水变化是十分必要的。近年来,GRACE重力卫星为区域水储量变化监测提供了新的途径,本文利用GRACE重力卫星结合全球陆地数据同化系统GLDAS反演了黄河中游的重要支流-窟野河流域2009年的陆地水储量和地下水水储量变化,通过与降雨量、蒸发量、GLDAS和地表-地下水耦合模型的模拟结果进行分析比较后发现:GRACE可用于监测煤矿开采区地下水水储量变化,与基准期2004—2009年相比,2009年研究区陆地水水储量减少量为15.5 mm/月,地下水水储量减少量为29.4 mm/月。煤矿开采产生的导水裂隙带导通了土壤水与地下水交换的通道,导致土壤水的变化量与地下水水储量的变化量存在着较强的相关性,其相关系数达到0.84。     

基于 GRACE 的柴达木盆地水储量变化

水储量是反映区域水资源变化和水量平衡的重要指标,重力反演与气候实验(GRACE)卫星数据为大尺度的水储量变化评估提供了数据支撑。应用2003-2015年的GRACE RL05时变重力场数据并结合地面实测资料,研究柴达木盆地的水储量时空变化特征及其归因。结果表明:13年间柴达木盆地水储量变化呈上升趋势,月平均上升速度约0.26mm;多年平均水储量变化幅度由南向北增量递减,变化幅度8.29~69.38mm;研究区水储量增加与降水量增多的趋势一致。基于GRACE时变重力场反演水储量的方法,为西北资料稀缺地区的水储量变化评估提供了重要支撑。     

GRACE 重力卫星探究我国华北地区陆地水储量变化

利用 GRACE( gravity recovery and climate experiment) 卫星 2003- 2013 年资料分析了华北地区陆地水储量变化, 并与同时间段的 CPC( climate prediction center) 、GLDAS( global land data assimilation system) 水文模型进行比较, GRACE 与 CPC 和 GLDAS 的相关系数分别为 0.679、0.817, GRACE 与 GLDAS 相关性更强。得出结论: 2003- 2013 年华北地区陆地水减少, 变化率为- 1. 8 km3 / a, 扣除地表水后, 地下水变化率为- 1. 3 km3 / a。其中, 2003- 2004 年地下水有所增加, 2005- 2013 年下降, 2010 年以后下降趋势变缓。GRACE 反演与水文模型模拟结 果显示, 2006、2009 年的等效水柱高( equivalent water heig ht , EWH) 均明显小于长期平均值, 并且 GRACE 最值对应月份异常, 对比国家统计局数据分析结果, 这两年水资源总量、地表水资源量、地下水资源量处于低谷区, 这与同年发生的自然灾害相对应。     

淮河流域陆地水储量与干旱指标分析

基于GRACE卫星数据、MODIS数据和降水数据分析了2003—2016年淮河流域陆地水储量、植被指数和降水的多年时空变化,并探究标准化陆地水储量指数(SWSI)、标准化降水指数(SPI)与条件植被指数(VCI)对流域干旱的指示性。结果表明:淮河流域陆地水储量呈显著下降趋势,降水量微弱下降,植被覆盖率显著上升;SPI与VCI相关性较高,与SWSI变化较为一致;SWSI与SPI指示的不同等级干旱月份数量基本相当,明显小于VCI;SPI对淮河流域历史干旱存在漏报,VCI指示的干旱等级略偏高;SWSI整体表现较为良好,能够有效监测淮河流域旱情。     

海河平原地下水储量变化的重力卫星反演和流域水量平衡

南水北调工程向华北输水与地下水压采的实施,一定程度改变了海河平原供用水格局,影响了海河平原的地下水储量。准确监测地下水储量变化是水安全保障和地下水战略储备的基础。本研究以水资源公报数据为基准,比较了重力卫星(GRACE)不同的信号处理方法和相关产品,反演了2003—2020年海河流域总水储量及其平原区地下水储量变化,分析了海河流域2000—2019年供用水结构变化和水量平衡关系,量化了总水储量变化对流域蒸散发估算的影响。结果表明：GRACE JPL Mascons数据反演的海河平原地下水储量变化与水资源公报数据的决定系数最高;2003—2020年海河平原地下水储量总体分3阶段呈下降趋势,2003—2011年、2012—2015年和2016—2020年的下降速率分别约为-23.9±1.3亿m³/a、-75.5±5.3亿m³/a、-37.3±2.6亿m³/a;在不考虑海河流域年总水储量变化条件下估算的2003—2019年多年平均蒸散量(521 mm/a),与考虑年总水储量变化的多年平均蒸散量(530 mm/a)相差约10 m...     

基于GRACE陆地水储量估算土壤湿度变化——以中国东部季风区为例

为探究获取高精度土壤湿度变化数据的新方法,选取2005年1月至2012年12月为研究时段,利用GRACE重力卫星反演降尺度得到的空间分辨率为0.25°×0.25°的陆地水储量变化数据和GLDAS-NOAH陆面模式模拟的地表径流、积雪深以及实测地下水位等数据,基于水量平衡原理估算东部季风区6个主要流域的土壤湿度变化数据,反演深度范围可达0～200 mm。从时空相关性、均方根误差、趋势度等方面,与AMSR-E、ERA-Interim、MERRA2、ASCAT、GLDAS-NOAH、GLDAS-Mosaic、GLDAS-Catchment共7种土壤湿度产品进行对比验证。结果表明:估算的土壤湿度变化数据优势明显,在珠江流域表现最好,与上述产品的皮尔逊相关系数分别为0.70、0.79、0.86、0.85、0.81、0.50和0.51;与MERRA2、ASCAT、GLDAS-Catchment的单变量Moran′s I较为相近,分别为0.67、0.80和0.74,且与其他产品的均方根误差均较小,大部分控制在0.25～0.30;各种产品的土壤湿度变化在黄河流域表现一致性较差,皮尔逊相关系数均在0.41以下,变化趋势也不尽相同。     

基于GRACE卫星数据的汉江流域旱情反演及影响因素定量分析

气候变化和人类活动对汉江流域旱情有重要影响。利用卫星时变重力场反演地面水储量可以弥补传统流域水储量监测的缺陷。以GRACE卫星数据为基础,采用水储量亏损方法建立模型反演汉江流域2004—2014年间干旱事件,结合多源卫星数据和居民用水量数据,定量分析了气候变化和人类活动对汉江流域干旱事件的影响。结果表明,汉江流域2006、2007、2011、2013年分别发生了干旱事件,降雨、蒸发、人类活动(水库蓄水和居民用水量)等变量与陆地水储量变化显著相关,气候变化对4场干旱事件发生的贡献率分别为0.41、0.43、0.36、0.36,人类活动对4场干旱事件发生的贡献率分别为0.59、0.57、0.65、0.64,贡献度的趋势表明人类活动对汉江流域干旱事件的影响在不断增强。     

利用GRACE模型反演长江流域陆地水储量的变化

长江流域是我国重要的经济区域,分析其陆地水储量变化对研究气候变化及安排农业生产、防治旱涝灾害等具有重要的意义。利用同济大学最新解算的GRACE时变重力场模型Tongji-Grace2018,采用去相关滤波P4M6和300 km扇形滤波进行预处理,来反演长江流域2003年1月至2016年8月的陆地水储量变化(TWSC, terrestrial water storage change)并分析其时空分布特性,同时将其反演结果与CSR RL06模型的反演结果进行了对比。研究结果表明:(1)长江流域陆地水储量变化呈上升的趋势且季节性特征明显;Tongji-Grace2018模型反演的时段内长期趋势变化速率为0.58 cm/a,周年振幅为4.23 cm;CSR RL06模型反演得到的长期趋势变化速率为0.63 cm/a,周年振幅为4.04 cm。由此可见,Tongji-Grace2018模型反演的质量变化信号更明显。(2)在空间分布上,两种模型反演的长江流域水储量变化均表现出了中游和下游大、上游小的特征。(3)从季节角度分析可知,水储量夏季盈余,春冬季亏损,秋季变化基本平衡。此外,流域内的各省中,湖南和江西两省的水储量变化的周年振幅和趋势最大,分别约为6 cm/a和1 cm/a。研究成果对合理调配水资源具有重要的意义。     

黄淮海地区 2003- 2014 年 GRACE 水储量时空变化

利用2003-2014年GRACE时变重力场数据反演黄淮海地区水储量变化,并与同期降水数据比较,分析其年际与年内变化特征,结果表明:时间上,2003-2014年黄淮海地区水储量呈现下降趋势,下降速率约0.42mm/月,其子流域海河和淮河流域下降速率分别为0.52mm/月和0.28mm/月;年内仅2月、9月和12月水储量盈余,9月水储量最大,为9.86mm,6月水储量达到最大盈亏量,约56.65mm;空间上,水储量变化整体上由南往北递减,海河流域水储量较淮河流域亏损严重,但随季节变化水储量亏损状态由南向北得到缓解,到冬季水储量呈现盈余;水储量空间变化主要受降雨影响,同时还受区域农业布局和作物灌溉影响。GRACE数据可为黄淮海地区水储量变化研究带来便利,为区域水资源的科学管理和规划提供依据。     

陆地水储量变化及其归因：研究综述及展望

陆地水储量是区域降水、径流、蒸散发、地下水和人类开发利用等相关活动的综合反映,已成为全球水循环观测的重要参数。由于气候变化(如洪水、干旱)和人类活动(如地下水抽取)等的影响,造成了全球范围内陆地水储量呈现出超正常范围的变化,然而目前系统性介绍陆地水储量变化及其归因的研究仍较少。因此,首先系统综述现有的水储量监测方法以及全球陆地水储量及其组分变化,然后从水储量组分变化、水量平衡和气候变化等角度分析全球陆地水储量变化的成因,其次探讨陆地水储量变化对海平面上升的贡献,最后总结全球陆地水储量变化及其成因与影响的相关研究中面临的主要技术难点以及未来可能的发展方向。在过去的十几年中,基于站点观测、卫星遥感和模型模拟的陆地水储量变化及其归因研究已有了一定的进展,而高精度观测水循环关键要素并发展基于卫星观测数据的水循环相关模型将是未来全球水储量变化归因研究的重要课题。研究有助于决策者在气候变化、人类活动不断增强的背景下制定合理的水资源管理措施,从而保障粮食安全、维系社会稳定。