基于互信息与神经网络的天山西部山区融雪径流中长期水文预报

为提高天山西部山区融雪径流的预报精度,更好地指导所在区域的工农业生产发展,针对影响预报精度的关键问题(预报因子的选择),基于互信息法、相关系数法、主成分分析法对研究区的预报因子进行优选,采用RBF神经网络以及组合小波BP神经网络模型进行径流预报研究,并进行不同方案的比较。结果表明:①互信息法优选出的预报因子作为模型输入可以提高预报精度;②采用不同优选预报因子作为RBF神经网络以及组合小波BP神经网络模型的输入变量,结果表明RBF神经网络模型的预测精度要好于组合小波BP神经网络模型;③以相对误差作为评价模型精确度的标准,预测效果最好的是基于互信息方法挑选出的预报因子作为RBF神经模型输入数据的模型预测结果。     

基于不同蒸散方法的SPEI在天山南北坡气象干旱的差异性分析

为更好的研究与指导天山南北坡干旱灾害的预警与应对,采用Penman-Monteith、器测法和Thornthwaite方法确定潜在蒸散量(PET),并分别计算相应的标准化降水蒸散指数(SPEI),分别记为SPEI-PM、SPEI-SJ和SPEITH,探讨1960-2016年气象干旱时空变化特征与分析不同蒸散方法下干旱指数的差异性,并评估与历史干旱事件的相符性。结果表明:(1)从趋势变化分析可知,天山南北坡在SPEI-SJ和SPEI-PM指数下呈现湿润化和干旱面积率下降的特征,SPEI-TH指数则相反;(2)空间频率分析显示SPEI-SJ和SPEI-PM指数下研究区年和季节尺度上干旱发生频率一致,即春、夏干旱频发、秋季次之、冬季最少,而SPEI-TH指数下干旱发生频率在各时间变化特征相差不大,SPEI-SJ和SPEI-PM指数下干旱发生频率在空间上保持一致,局部区域存一定的偏差,总体与干旱强度变化趋势一致;(3)基于历次干旱事件可知,SPEI-PM指数对于1986年前的旱灾有较为准确的描述,而SPEI-SJ指数仅针对1990年后对干旱有较准确的描述,SPEI-TH指数对干旱的监测能力较差。综合分析表明SPEI-PM指数对历史干旱事件监测适用性较好,20世纪90年代后,SPEI-SJ指数对干旱的监测有重要的参考价值。     

不同面积浮板覆盖下干旱区平原水库防蒸发节水效率分析

为探究物理技术抑制干旱区平原水库水分的无效蒸发的可行性,本实验使用PVC泡沫浮板做为水面覆盖材料。将浮板连接为试验所需要的不同面积,观察并记录各面积浮板在试验区域自由漂浮时的工作情况。以受风速影响的浮板湿润率为变量,统计试验期内的风速情况和不同风速下各面积的浮板湿润率,从而计算出不同面积的浮板在试验期内的蒸发抑制率。结果表明:当浮板面积从1 m~2增大到16 m~2时,其平均蒸发抑制率从74%增大到88.3%,证明了大面积覆盖水库表面抑制水分蒸发的可行性,为西北干旱区平原水库早日实现物理技术抑制水面蒸发的工程措施奠定了理论基础。     

基于多方法优选预报因子的天山西部山区融雪径流中长期水文预报

为实现天山西部山区喀什河流域冰川融雪区域的水资源可持续开发利用,更好地支撑所在区域工农业生产发展,有必要开展融雪径流中长期水文预报研究。基于相关系数法、主成分分析法及两种方法相结合的综合方法优选预报因子,采用BP神经网络模型和组合小波BP神经网络模型预报径流。结果表明,采用综合方法筛选出的预报因子集合可以得到更好的预报结果;组合小波BP神经网络模型在3个不同方案中的预测效果均优于BP神经网络模型的预测结果,其预报精度更高。研究成果可为该区域融雪径流模拟研究及洪水预报提供参考。     

不同水文干旱指数在天山西部山区的适用性分析

为了更好地指导天山西部山区干旱早期预警及防灾减灾工作,基于区域水文干旱指数、标准化径流指数、径流距平指数和径流Z指数,从与历史干旱事件的相符性和典型干旱事件的甄别能力等方面评估了1960～2014年天山西部山区喀什河流域的干旱特征。结果表明,区域水文干旱指数监测干旱效果最为准确,能够全面识别和反映研究区的干旱特征,主要原因是该指数充分考虑了对干旱发生起决定作用的降水、径流要素。总体上,研究区干旱呈减弱趋势,尤其在1980s以后干旱缓解更为明显。     

基于不同方法天山西部山区雪线的确定及其变化规律分析

为了更好的指导天山西部山区冰雪水资源的开发利用,对其雪线变化规律的研究有至关重要的作用。借助2000-2016年MODIS数据、DEM数据以及1959-2015年气象数据,采用遥感监测雪线法、气候雪线法、雪线场法,对喀什河流域雪线时空变化规律进行分析研究,结果表明:(1)基于遥感监测雪线法可以看出,研究区多年平均8日、年均雪线均呈上升趋势;在季节尺度上,春季和冬季雪线呈上升趋势,秋季和夏季雪线呈下降趋势;结合气候数据可知,年均雪线对降水有较好响应,春季雪线对气温有较好响应;(2)基于气候雪线法可以看出,气候雪线要高于遥感监测雪线,仅从气候角度分析,气候变化导致雪线逐年呈上升趋势;(3)采用雪线场分析可看出,雪线场的雪线分布主要受地形影响,以2 000m高度为界限,其上下两部分雪线场对降水有不同的响应。     

天山西部山区融雪年径流水文特性分析

为了解天山西部山区以融雪补给为主河流的水文特性和影响因素,提高该地区融雪年径流预报精度,基于小波分析方法和小波相关性分析方法,以天山西部山区喀什河流域为研究区,借助乌拉斯台水文站1960~2005年逐日实测年降水、年气温和年径流数据进行计算分析。结果表明,年气温、年降水和年径流序列分别存在22、27、18年的周期变化特性;年气温与年径流序列、年降水与年径流序列均存在良好的相关性,并且年降水对年径流的影响较大,直接决定河川径流量,年气温对年径流起调峰调频的作用。     

CFSR、ERA-Interim再分析降水数据在高寒山区径流模拟中的适用性

为能更好地在严重稀缺资料地区开展水文水资源相关方面的工作,以天山西部山区的喀什河流域为典型研究区,基于1990~2000年现有的实测水文气象站点资料、CFSR与ERA-Interim数据,通过对比流域内两再分析降水数据空间分布情况、水文站点处实测与两再分析数据的降水时间序列变化及两再分析降水数据经过一定处理后驱动VIC模型所得的径流过程与实测径流过程三个方面,并评价了各再分析降水数据在喀什河流域的适用性。结果表明,两再分析降水分布符合山区大于平原、东部多于西部的规律,符合实际地理分布特点。流域内ERA-Interim年降水范围较为合理,而CFSR年降水范围则不太符合现实情况;两再分析降水数据春夏秋三季降水分布较为一致,其中ERA-Interim降水在流域内的高值区随季节变化较为明显,CFSR降水可能由于数据集本身或分辨率较低的缘故导致变化不为明显。冬季降水可能由于所针对的对象并非高寒区及冬季固液态降水的转化关系未深究这两个因素而较为反常。此外,CFSR降水高估了ERAInterim弱降水区,低估了其强降水区;研究区内CFSR降水存在高估实际降水的现象,而ERA-Interim降水存在低估强降水的现象;ERA-Interim在两套水文参数下均具有较为良好的模拟效果,且ERA-Interim数据在喀什河流域具有更好的适用性。     

天山西部地区汛期径流变化规律分析

为了更好地认识天山西部地区融雪径流汛期的变化规律,为该区域水资源合理开发利用及为防洪减灾提供依据,基于1960-2005年的汛期径流资料及蒸发、降水数据,采用流量质心时间、滑动T检验、滑动F检验等方法,分析了汛期径流变化规律。研究结果表明:从流量质心时间结果来看,1960-2005年汛期有微弱提前的趋势;集中度、集中期、变化幅度在1960-2005年均表现为减小的趋势;汛期径流从1960-2005年呈现出增加的趋势,1997年发生了突变;通过分析得出1997年降水和蒸发均发生了突变,因此推测1997年汛期径流发生由少到多的突变,可能是由于1997年后降水发生由少到多的变化和蒸发的由多变少引起的。