GLDAS月气温数据在中国区的适用性评估

鉴于全球陆面数据同化系统(GLDAS)已广泛应用于全球变化与水循环研究中,以气温逐月变化趋势、相关系数、平均偏差和平均绝对偏差等指标,评估了1979~2012年间GLDAS五套气温数据在中国区的数据质量时空间分布特征。结果表明,GLDAS气温数据与实测气温数据相比,总体误差较小,相关性较好,但不同时段数据质量有所不同。其中各套数据在1979~1982年质量最高;GLDAS-1气温数据在2000~2006年有严重问题,相关系数明显偏低;GLDAS-2/NOAH则在2008~2009存在一定异常;各套数据中,GLDAS-1/NOAH、GLDAS-1/MOS与GLDAS-1/VIC三者精度一致,GLDAS-1/CLM数据质量最差,而GLDAS-2/NOAH数据在一致性、趋势性特征描述、季节稳定性等方面优于其他几套数据;各套GLDAS气温数据在湿润区的描述能力明显高于干旱区。     

重力卫星监测的中国陆地水资源储量时空变化特征

陆地水资源储量变化对研究我国水文循环规律变化具有重要意义。利用重力卫星(GRACE)观测数据研究了我国陆地总水量时空变化特征,分析了六大江河流域水资源总量变化趋势,并与全球陆面数据同化系统(GLDAS)模拟结果进行对比。结果表明,珠江、长江、淮河流域陆地水储量均存在增加趋势,黄河、海河、松辽河流域总水量均呈递减趋势,验证了GRACE可有效监测陆地总水量的季节性及空间变化规律,对研究气候变化条件下区域及全球水文循环规律具有重要价值。     

基于GWR模型的海河流域地下水储量降尺度研究

利用GRACE重力卫星数据联合GLDAS数据反演可得到地下水储量变化,能够在大尺度范围监测研究区域内的地下水储量变化,但得到的数据空间分辨率仅有0.25°,在小尺度范围内难以应用。基于GRACE陆地水储量及GLDAS浅层地表水储量与降水、NDVI之间的空间关系,提出一种基于地理加权回归模型(GWR模型)的地下水储量变化的降尺度方法,将地下水储量空间分辨率降尺度到1 km。结果表明,GWR模型降尺度方法成功应用于海河流域地区,降尺度后的地下水储量数据变化与46个验证点实测地下水位数据的相关系数均大于0.6,模拟结果合理可靠。进而利用降尺度结果分析了海河流域与北京平原的地下水储量的时空变化特征,结果与现有数据高度吻合,表明基于GWR模型的降尺度方法能有效提高地下水储量变化数据的空间分辨率。     

基于GRACE RL06的云贵高原水储量变化反演及分析

云贵高原河流湖泊众多、季节性水文活动剧烈,监测其水储量长期变化具有重要意义。联合利用GRACE RL06数据及GLDAS进行云贵高原陆地、地表和地下水储量变化反演,针对GRACE信号泄露、C20项误差和区域水储量加权策略进行了对比研究,并利用相关性分析、趋势分析和L-S时频分析对2003年1月至2010年12月云贵高原水储量变化时序进行了特征分析。结果表明,GRACE与GLDAS反演水储量时序之间相关系数达0.94,且两者变化趋势一致;水储量变化年周期显著,并存在0.5、2、3年周期;2003～2010年底地下水储量变化以2007年6月为节点,呈先减后增趋势,分别为-4.4、0.7mm/a,且总体呈增加趋势,为5.4mm/a,有效揭示了2003～2006年夏季干旱及2010年初严重干旱的旱情发展过程。     

基于同化数据的GRACE卫星反演中国陆地水储量变化降尺度分析

利用GRACE重力卫星反演得到陆地水储量变化受数据低空间分辨率的限制,目前仅应用于大尺度的空间范围内,为此提出一种简易的降尺度方法将GRACE陆地水储量变化精度提高了16倍。借助全球水文模型模拟的陆地水储量变化数据,在中国九大流域上进行分区对比分析,发现高分辨率数据基本保持了原始数据的时空变化趋势,同时又增加了水文模型模拟的水储量变化信息。此外,利用全国455个地下水位监测站的水位数据,验证了降尺度后的陆地水储量变化数据,可知高分辨率陆地水储量变化数据与实测地下水变化值的相关系数最高达0.847,普遍高于低分辨率GRACE陆地水储量变化值与实测地下水变化值的相关系数,证明降尺度后的数据更加准确有效。进而基于降尺度数据,利用EOF方法分析了2005年1月~2012年12月中国各地陆地水储量变化的时空变化特征,即在总体趋势上,长江流域及以南地区春夏两季的陆地水储量有明显增加,华北地区的地下水超采及南方流域的极端气候事件为影响该区域陆地水储量异常的重要因素。     

基于GRACE卫星时变重力场的淮河流域地下水储量变化规律研究

鉴于淮河流域地下水储量变化规律研究对区域生态坏境和经济社会建设等具有重要意义,以淮河流域2002~2009年逐月GRACE时变重力场模型GRC_CSR_RL04数据为例,通过1 000km高斯平滑滤波反演,获得淮河流域陆地水储量的时空变化。同时采用同期GLDAS模型中土壤水和90眼地下水观测井实测地下水埋深数据推算淮河流域地下水储量的时空变化,并用另外31眼观测井数据对结果进行检验。研究反演了淮河流域2003~2009年地下水储量的变化过程,结果表明淮河流域水资源量多年平均增幅为0.13cm/a;地下水储量以约0.28cm/a趋势递增,全流域地下水年增长量约为0.756km3/a。     

基于GRACE重力卫星云南陆地水储量变化的降尺度分析

利用GRACE重力卫星数据反演得到陆地水储量变化,可监测大尺度区域水储量变化,但该数据空间分辨率低,在中小尺度上很难应用。基于GRACE陆地水储量变化和其他水文要素的关系,提出一种基于GRACE陆地水储量变化的统计降尺度方法,即将GRACE反演得到的空间分辨率为1°的水储量变化数据降尺度到0.25°,并运用地下水及土壤含水量的变化总量来验证降尺度之后数据的可靠性。结果表明,该统计降尺度方法成功应用于云南中部地区,降尺度后的水储量变化和实测的水储量变化的时间序列在三个验证监测点的相关系数均超过0.82,而相对误差低于5.5%,并利用降尺度的结果分析了2009年7月~2010年6月西南大干旱期间水储量及干旱的时空变化特征,发现统计降尺度方法可有效提高GRACE数据的空间分辨率,但也具有一定的不确定性。     

西藏拉萨地表太阳光谱观测

2017年在拉萨,通过使用RAMSES-ACC-UV/VIS光谱仪进行了波长在280~950 nm太阳光谱的实地观测,初步研究了拉萨地表紫外及可见光谱强度、光谱曲线特征及光谱随时间的变化等,同时对比了拉萨1~7月的当地晴天日中太阳光谱及拉萨不同天气状态下的光谱特征。观测结果显示:1)紫外辐射强度最大值及可见光辐射强度最大值均出现在7月21日,分别为1.28 W·(m~2·nm)~(-1)和2.05 W·(m~2·nm)~(-1);2)不同时期的光谱曲线平滑程度不同,是由于大气中存在的H_2O、O_3、O_2等气体的含量不同,夏季拉萨大气中H_2O、O_2含量比冬季多,故拉萨夏季光谱曲线平滑程度比冬季的低;3)在云层遮挡的情况下,波长为476.6 nm时观测到的辐射强度是晴朗天气下的19.6%。     

基于SDSM-SWAT模型的汉江上游径流变化模拟

为分析汉江上游流域径流对气候变化的水文响应过程,耦合了SWAT水文模型和SDSM降尺度模型,选用石泉和黄家港水文站1990～2005年历史月径流资料,对水文模型进行率定和验证,并将2011～2100年CanESM2模式下低等排放情景(RCP2.6)和高等排放情景(RCP8.5)两种情景输出因子降尺度到汉江上游流域各站点,生成未来气候情景数据,模拟流域未来气候变化下的径流响应过程。结果表明,SWAT模型在该流域径流模拟中具有很好的适用性;未来流域径流会呈现增加态势,RCP8.5情景较RCP2.6情景变化剧烈,且未来各月径流相对基准期变化更加剧烈,这为流域水资源管理与保护提供了参考与支持。     

盱江流域径流模拟及其对气候变化的响应

为研究盱江流域径流对气候变化的响应,构建了基于SWAT的分布式水文模型。采用SUFI-2法对SWAT模型的参数进行率定和验证。率定期和验证期的决定性系数R2和纳什系数Ens均大于0.9,模型在该流域的适用性较好。在SWAT-CUP中引入参数标识符建立49种气候情景(温度升高或降低1～3℃,降水增加或减少10%～30%)并代入模型中模拟径流。结果表明,温度与径流呈弱负相关;降水与径流呈强正相关;温度对径流的影响远小于降水对径流的影响。为直观表达降水-温度-径流量的关系,模拟三者空间平面关系函数,其决定性系数R2约等于1、和方差为0.000 647 4、均方根误差为0.003 752,降水-温度-径流的关系可用平面函数表达。     

TMPA卫星降水数据质量评估及水文过程模拟

卫星降水资料在测站分布稀疏的复杂地形区域具有较大的优越性,但卫星与测站获取降水原理不同,需对卫星资料的可用性进行评估。以赣江上游为例,根据雨量站实测降水数据评估热带降雨观测计划（TRMM）多卫星分析降水数据资料（TMPA）的精度,并将该降水数据作为陆面水文模式Noah-LSM的输入,以评估TMPA降水数据在流域水文过程模拟的适用性。结果表明,TMPA日降水数据精度虽偏低,但在我国南方降水资料匮乏地区的水文过程模拟研究中具有一定的应用前景,TMPA月降水数据精度较高,可为无资料地区水资源计算和规划提供数据支持。     

流域水循环的人工影响因素及其作用

针对目前流域中存在的水资源短缺及生态环境的恶化,探讨了流域健全水循环的概念和分析计算。从分析水循环的自然—人工二元结构性出发,以太子河流域为背景,建立了太子河流域水循环模型。通过长系列资料的演算,初步得出太子河流域水循环状况的变化趋势。摄动分析结果表明,影响太子河流域健全水循环的人工因素依次是生活用水、工业用水和农业用水。     

赣江上游土地覆被变化的水文响应研究

针对土地利用/覆被变化对流域水文循环产生重要影响的问题,以赣江上游峡山水文站以上集水区域为例,基于1978～1987年相关资料,采用极端土地覆被法构建4种未来土地覆被情景,运用陆面水文模型Noah-LSM模拟各土地覆被情景下流域水文要素(蒸散发、径流)的变化情势。     

Energy efficiency and productivity change of China’s iron and steel industry: Accounting for undesirable outputs

This paper used data from 50 enterprises in China’s iron and steel industry to evaluate their energy efficiency and productivity change. The study first used a conventional data envelopment analysis model and the Malmquist Productivity Index (MPI) to measure the energy efficiency and productivity change over the period 2001–2008. The results indicated inefficiency in many of the plants: The average energy efficiency was only 61.1%. The annual growth rate of productivity was 7.96% over this period and technical change was the main contributor to this growth. The research then took undesirable outputs into consideration by using the Malmquist–Luenberger Productivity Index (MLPI) to explore the productivity change from 2006 to 2008. Omitting undesirable outputs would result in biased efficiency change and technical change. This paper also claimed that environmental regulation has a potentially positive impact on technical change.     

地面地下径流分割方法实验研究

地面地下径流分割是水文计算、径流预报、水资源评价中一项根本性的工作。但至今仍无可靠的方法。本文在浙江高坞实验溪观测的地下径流资料基础上,从水动力学原理分析了地下径流汇流模型应采用的型式和地下径流汇流时间随流量的变化规律,提出运用产汇流联合模型法分割地面地下径流。该法经用实际资料检验与应用,表明用于山丘区流域是行之有效的,具有良好的精度。     

Computation of solar radiation distribution in a solar still with internal and external reflectors

A model that calculates the distribution of solar radiation inside a basin-type solar still with plane reflectors has been proposed. In this model, both surface finish and optical view factors are taken into consideration in the computation of solar radiation that effectively reaches the surface of saline water in the distillation system. The model was applied to a conventional solar still and an advanced solar still with separate condenser. The conventional solar still was tested at New Delhi (28°35′N, 77°12′E) in previous work while the advanced distillation system was developed in this investigation and it comprised three basins with saline water. Basin 1 was fitted horizontally in the evaporator chamber, with the condenser chamber housing basins 2 and 3. The top part of the evaporator unit was covered with glass to allow solar radiation to reach water in basin 1. In addition, the internal surfaces of the walls of the evaporator and external surface of the front wall of the condenser unit reflected part of the incoming solar radiation onto the surface of saline water in basin 1. The distillation system was tested outdoors at the Malawi Polytechnic (15°48′S, 35°02′E). Under the prevailing meteorological conditions, it is found that the computed solar load on the surface of saline water in the evaporator basin is lower than that observed on a horizontal plane outside each energy system. The new model exhibited a higher degree of accuracy than the previous one. Other results are presented and discussed in this paper.