基于人工神经网络的统计降尺度模型研究

基于BP神经网络模型对黄河源区的降水、温度进行了统计降尺度研究,探讨了统计降尺度模式中考虑预报量的敏感大气环流因子随季节变化时对降水的降尺度效果的影响。结果表明,人工神经网络降尺度模型能成功地捕捉黄河源区的日平均温度及气温极值的年际变化趋势,纳什效率系数均达0.95以上;比较CON模型及PIE模型对降水指标的模拟能力,发现两种模型对1961~2000年不同降水指标时间序列的模拟能力相当;从季节尺度看,在冬季PIE模型显示了更好的模拟能力,但在夏秋季节PIE模型对多数降水指标的模拟能力略不及CON模型。总之,CON模型对降水指标的模拟效果更好。     

基于多模型的黄河源区径流极值情景预测

基于HadCM3提供的未来情景,采用HBV模型、新安江模型、TOP模型和径流极值的评估方法,分析和预测了气候变化下黄河源区径流量的变化情况。结果表明,三个模型均能较好地模拟黄河源区唐乃亥站的历史径流系列;在A2和B2情景下,黄河源区未来多年平均径流量呈减少趋势,径流年内分配的变化表现为夏、秋季节的径流量显著减少,而冬、春季节的径流变化趋势随水文模型的变化而变化;未来高流量事件的发生频率呈减少趋势,洪水强度可能会进一步缓和,而冬季低流量事件频繁发生的可能性增加。     

月水量平衡模型的输入敏感性分析

针对水文模型的输入误差直接影响模型模拟精度的问题,以两参数月水量平衡模型为研究对象,探讨了模型的两个重要输入因子降雨与蒸发误差对模型模拟精度的影响,并以岳城子流域为倒,研究了输入因子系统误差、随机误差的影响,选取各季节的代表月探讨了输入误差的影响规律,分析了参数率定对误差影响的补偿效果.结果表明,在设定情景下,系统误差的影响程度高于随机误差、降雨误差的影响显著高于蒸发误差、误差水平与模拟精度不呈等比例关系,且参数率定对误差影响存在不可忽视的补偿作用.     

土地利用与气候变化对洛河流域径流的影响

流域径流量受到土地利用和气候变化的共同影响,但大多数研究仅关注未来气候变化对径流量的影响,忽略了未来土地利用变化对径流量的影响。利用CA-Markov模型定量模拟流域未来土地利用类型并结合气候变化类型,采用SWAT分布式水文模型通过情景分析法模拟未来变化环境下流域的径流响应。结果表明,SWAT模型在洛河流域具有良好的适用性;未来流域土地利用呈现建设用地快速增加、耕地减少的趋势,这一趋势使径流量增加;径流量的变化与降雨变化呈正相关,与温度变化呈负相关。可见土地利用和气候变化对径流的影响呈现非线性协同作用。     

腰坝绿洲降雨、蒸发序列周期演变规律及趋势预测

为了研究腰坝绿洲降雨、蒸发时间序列的周期变化特征及未来发展趋势,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验及Morlet小波变换对巴润别立气象站1954~2012年降雨、蒸发观测资料进行趋势估计、突变检验、周期分析。结果表明,近60年来,腰坝绿洲降雨量呈增多趋势,但变化趋势不显著,蒸发量呈显著减少趋势;降雨、蒸发序列均无突变点;降雨序列存在5、3年的短周期和9、22年的长周期,预测腰坝绿洲2016~2017年将处于降雨偏少期,2018~2020年将处于降雨偏多期;蒸发序列存在3年的短周期和12、22年的长周期,预测腰坝绿洲2016~2020年将处于蒸发偏少期。     

近50年太子河南源河流径流年内分配特征及趋势预测

基于太子河南源南甸站1960~2011年逐月径流资料,采用余期望系数、集中度、集中期和绝对变化幅度等指标分析了径流年内分配特征,并采用Mann-Kendall法和R/S分析法预测了年内各月、4季径流及其特征指标变化趋势。结果表明,南甸站径流年内呈单峰型分布,最大、最小月径流分别出现在8月和1月;1~12月及4季径流量均呈减少变化,仅2、4、8月径流量呈不显著减少趋势;未来3月径流量呈增加变化趋势,其余月份及季节径流量将持续减少;目前和未来径流年内分配不均匀程度增加,但集中程度和变化幅度减少。     

通气和封气条件下降雨对粘性土入渗速率、含水率及孔隙压力的影响试验

通气条件是影响整个降雨入渗过程的重要因素之一。通过自主设计的降雨入渗试验模型、模拟降雨系统及数据自动采集系统,分别进行通气、封气条件下的人工降雨模拟试验,从而研究气相对降雨入渗的影响。对比通气和封气条件下的试验数据可知,封气条件下气体不能自由排出,对雨水下渗的阻滞作用明显,雨水入渗速率较小,坡体内饱和区变化缓慢;坡体内孔隙气压力随着降雨入渗的进行先增大后在10cm水头上下波动。研究成果为原位试验的展开及数值模拟提供了数据支撑。     

不同降雨强度下黄土台塬区土壤水再分布规律

土壤水对降雨响应过程是水文循环的重要组成部分,研究黄土台塬区的土壤水与降雨之间关系尤为重要。以太原市王家峰村为例,建立了降雨蒸发条件下垂向一维土壤水分运动模型,采用试估〖CD1〗校正法似合参数对模型进行识别验证,分别模拟了四种降雨强度下土壤水分剖面体积含水率和湿润锋的变化规律,揭示了不同降雨强度下黄土台塬区土壤水分再分布过程及动态变化规律,最大限度地提高降水资源利用率,为黄土台塬区水土流失治理提供一定理论依据。     

气象要素变化趋势对潜在蒸发的影响分析

基于1958～2008年北京和天津两地区水文站和气象站气象资料,采用彭曼公式计算了潜在蒸发量,并分析了变化趋势及气象各因子的影响.结果表明,气象要素变化趋势对年、季尺度的潜在蒸发影响有着规律性变化,影响北京、天津两地区蒸发的主要气象要素为相对湿度和风速,为研究区域水资源开发利用提供了参考.     

竖直圆管内R113的降膜换热特性数值模拟

为开发适用于低温热源的高效降膜蒸发换热装置,本研究采用FLUENT软件对低沸点有机工质氟利昂(R113)在竖直管内汽液两相逆流降膜蒸发进行模拟研究。汽液界面捕捉选用VOF模型,并通过udf编程模拟汽液两相蒸发传热,研究了喷淋密度、热流密度及入口温度对R113降膜蒸发换热的影响。结果表明:在一定结构参数下,存在降膜换热最佳喷淋密度;在一定喷淋密度下,热流密度对降膜换热影响显著,且热流密度越高换热效果越好;随着入口温度升高,降膜换热效果削弱,且高于某温度后其对降膜换热几乎没有影响。     

气候变化对黄河源区水文情势的影响

在CMIP5多种GCM模式和VIC模型基础上,结合水文指标法(IHA)和趋势分析法,研究了未来气候变化对黄河源区水文情势的影响。结果表明,黄河源区的年降水和年平均气温在未来时期(2036~2065、2070~2099年)总体上呈现显著增长趋势,各季气温增幅相当,然而降水季节变化存在较大差异,夏季降水较秋冬季节增长更为显著;黄河源区的汛期径流量呈增加趋势,剩余月份呈减小趋势,该趋势在冬季尤为显著;年极端最小径流有减小趋势,年极端最大径流有增加趋势,可能会对部分鱼类繁殖等产生影响,不利于水生生物的生存。     

近59年石家庄市降水变化特征分析

为了解石家庄市的降水变化规律,选取石家庄站1955~2013年的年降水量、降水频率、降水强度、极端降水频率和年最大日降水量共5个降水统计指标,利用气候倾斜率、Mann-Kendall(M-K)气候突变检测法和Morlet小波分析法研究了石家庄市降水统计指标的趋势变化、突变特征和周期性特征。结果表明,石家庄市年降水统计指标均呈现不同程度的下降趋势,近59年来石家庄市降水特征未发生明显突变,年降水量大致呈现出6、10、25年的周期性。     

未来气候变化对赣江上游区极端径流影响预估

受气候变化影响,近年来赣江上游区洪旱灾害频发,但缺少综合评估未来气候变化情景下赣江上游区极端径流演变特性。采用IPSL-CM5A-MR气候模式模拟的RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 8.5排放情景下的气候数据经统计降尺度,驱动栅格型新安江水文模型,预估未来气候变化情景下赣江上游区极端径流的演变趋势。结果表明,栅格型新安江水文模型能合理地模拟赣江上游峡山站的历史日流量过程和极端径流;3种排放情景下极端高流量较基准年呈显著的增大趋势,RCP 2.6情景最为明显;3种排放情景下极端低流量较基准年明显减小,RCP 4.5情景极端低流量减幅最大。结果可为适应气候变化的水资源管理提供依据。     

气候突变对水库汛期分期及调度的影响

鉴于传统汛期分期方法较少考虑气候变化和极端天气等因素的问题,为更加科学合理地进行汛期分期,以张家庄水库为例,统计分析了研究区降水的时空分布特征,确定了研究区汛期为6～9月,并以1962～2008年介休市降水量(P)、平均气温(T)、日照时数(SD)等气象因子的年数据序列为指标,运用主成分分析法降维得到研究区气候评价综合指标,再采用Mann-Kendall法、滑动T检验法及Yamamoto法对比分析,检测到研究区气候突变年为1988年,以此突变年为分界点,采用PCA-Fisher最优分割法进行汛期分期,并分析了不同主汛期对水库调度的影响。结果表明,气候突变对汛期分期结果有一定影响,气候突变年后较整个时间序列得到的主汛期少11d,在水库调度过程中可有效改善水库下游水资源利用条件,缓解水库供水压力。     

澜沧江流域干旱气候变化特征及影响因素分析

基于澜沧江流域10个气象站1961～2010年逐日气象资料,利用Penman-Monteith模型计算了年、月湿润指数,并对其进行了标准化,统计了极端干旱事件发生的频率,进而采用Mann-Kendall趋势检验方法分析了澜沧江流域干旱气候变化特征及其影响因素。结果表明,从上游向中下游多年平均湿润指数逐渐增加,上游和中游的湿润指数呈增加趋势、下游呈下降趋势;自20世纪60年代至今,澜沧江流域经历了相对冷干-冷湿-冷干-暖湿-暖干五个阶段,暖干化趋势较为明显,其中冬季和春季为暖干化趋势最明显的季节;年降水量、湿润指数均在波动中呈下降趋势,气温和潜在蒸发量呈明显增加趋势,年降水量、湿润指数、气温和潜在蒸发量的变化倾向率分别为2.095mm/(10a)、0.006/(10a)、0.276℃/(10a)、6.231mm/(10a);澜沧江流域极端干旱事件频率在波动中呈减少趋势,下游呈上升趋势(上升速率为0.010 3次/a),20世纪60年代和21世纪初为澜沧江流域极端干旱事件频发的年代;降水量和日照时数为影响澜沧江流域极端干旱事件的主要气象要素。     

降水和温度极端事件的季节性变化趋势分析

针对基于气候指标的水文极端事件季节性变化趋势,采用洞庭湖地区岳阳气象站1961~2009年气象资料,应用Mann Kendall秩次检验法及R/S检验法对日平均降水量和日最高、最低气温的季节性极端事件进行趋势变化分析。结果表明,近50 年来该站各季度降水极端事件总体随时间呈上升趋势;温度极端事件除二季度极端高温日数呈微弱下降趋势外均呈上升趋势,与全球气候变暖趋势一致;各季度降水和温度极端事件未来变化趋势均与原趋势相反。     

未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化特征

极端气候变化导致水旱灾害频率和强度的改变,为探究未来气候情景下淮河中上游降水极值及其联合概率行为变化规律,以淮河干流小柳巷以上32个雨量站1961～1990年实测日降水数据为基准,集合RCP4.5情景下5种全球海气耦合模式(GCM)在2021～2050、2051～2080年的日降水预测,应用6种极端降水指数量化极端降水变化规律,基于Copula函数构造3组极端降水指数组合的联合分布,并利用Kendall重现期探讨双变量降水事件发生概率的空间变化规律。结果表明,无论在哪个未来时段,6种极端降水指数较基准期均有不同程度的增大;双变量降水事件的发生概率的空间异质性随着重现期水平的增高而增大;未来60年北部山区和研究区下游极端降水事件发生更加频繁,对淮河流域防洪排涝具有指示作用。     

安徽省淮河流域近56年来气候时空变化的R/S分析

基于1955~2011年安徽省淮河流域7个水文站点气候资料,运用R/S分析方法对安徽省淮河流域近56年来的平均气温、降水量等指标的冬季(12月~次年2月)、夏季(7~9月)及年均值进行了计算,分析了该流域段的气候要素空间分布情况。结果表明,平均气温和冬季降水量呈上升趋势、夏季降水量呈微弱上升趋势,年降水量上升趋势不明显;各项指标的H值均大于0.5,说明存在明显的赫斯特现象,反映了该流域近56年来气候变化存在趋势性成分;气候因子的1月、7月、冬季、夏季和年平均H值存在季节性差异,均为夏季大于冬季,说明安徽省淮河流域夏季的气候效应影响高于冬季;气温和降水都存在空间分布差异,整体表现为西南部气温高、降水多,东北部气温低、降水少,中部气温适中、降水少的特点。     

青藏高原冻融过程期划分及发展趋势研究

鉴于冻融循环是高寒地区土壤的基本特征,对地表能量平衡、植被生长、工程建设等有重要影响。基于青藏高原分布在高寒干旱区、半干旱区、湿润区3个气候区、海拔跨度在3 400～4 900m间的58个监测站点2011～2015年逐日表层土壤温度、湿度数据,分析了青藏高原不同气候区不同海拔冻结过程期、完全冻结期、融化过程期、完全消融期的分布特点及演变特征。结果表明,高寒干旱区土壤含水率长期低于4%,土壤中水分稀少,难以冻结,水分的变化主要由于降水和蒸发,表层土壤一直处于融化状态,基本不发生冻融循环;高寒半干旱区、湿润区,降水等补给充足,土壤内的水分随温度的升高或降低,发生显著地融化或冻结在海拔3 400～3 500m处,融化过程期始于3月上旬,完全消融期始于4月上旬,冻结过程期始于11月中旬;完全冻结期始于12月中旬;当海拔上升至4 800～4 900m,融化过程期始于4月上旬,完全消融期始于5月中旬,冻结过程期始于10月下旬,完全冻结期始于11月中旬,随着海拔升高,融化过程期和完全消融期开始的时间延后,冻结过程期和完全冻结期开始的时间提前;气候变暖对青藏高原短期环境特征变化的影响尚未确定,但气温升高可能导致融化过程期和完全消融期开始时间提前,缩短冻结过程期和完全冻结期。研究结果有利于明晰青藏高原表层土壤水热变化规律,为应对气候变化提供坚实的理论基础。