- 董前进;袁鑫;
虽然第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project 6,CMIP6)能很好地预测大尺度气候要素,但是其在预测流域尺度方面的效果与实测数据仍有差别,尤其是在青藏高原这种高海拔、地形复杂地区,气候模式所产生的误差更大。基于最新一代高分辨率CMIP6模式历史情景和SSP126、SSP245、SSP370、SSP585等多种未来气候排放情景,研究使用包括偏差校正、KNN、SDSM等多种统计降尺度方法进行降尺度分析,并对各自的预测性能进行了评估,在此基础上使用性能最佳的统计降尺度方式预估青藏高原地区的未来降水,对最终得到的预估降水的时空演变特征进行了详细的分析,并与青藏高原的历史降水情况进行了对比。结果表明,3种统计降尺度在青藏高原的适用性差异较大,线性回归降尺度方法的性能最佳,其次为偏差校正方法,最差为KNN类比方法。从未来降水预估情况分析,青藏高原未来80 a平均降水、降水极值等总体呈上升趋势但上升幅度较小,且空间分布情况变化不大。研究结果可为青藏高原水资源评价及规划与管理提供科学依据。
2024年03期 v.45;No.311 10-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1348K] - 钟奇;付晓雷;蒋晓蕾;章雨晨;胡乐怡;章丽萍;
水文模型是径流模拟的重要手段,降水是水文循环的重要组成部分,模型的选择和降水数据的质量对流域径流模拟都具有重要意义。以赣江流域为研究区域,通过对比CN05.1降水数据与站点线性插值降水数据,分析CN05.1降水数据的可靠性,评估基于分布式时变增益水文模型(DTVGM)和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟的适用性。研究表明:(1)CN05.1降水和站点插值降水多年月平均降水年内变化过程类似,空间分布相关性很高,R均值为0.90,CN05.1日降水与站点插值日降水相关性较高,RMSE均小于等于7.52 mm,R均大于等于0.81;(2)基于CN05.1降水和站点插值降水数据模拟了赣江流域新田等6个水文站1961—2009年的流量,模拟流量在多数大流量处大于实测流量,表明模型对于大流量的模拟存在高估现象;(3)无论是日径流还是月径流,基于CN05.1降水数据的径流模拟精度均较高,且月径流模拟要优于日径流。因此,基于DTVGM模型和CN05.1降水数据在赣江流域径流模拟具有较高的适用性。
2024年03期 v.45;No.311 18-29+108页 [查看摘要][在线阅读][下载 4797K] - 林泽群;王大洋;张智;王大刚;
在全球变暖和人类活动的背景下,降水在年内分布上发生了比较大的变化,对人民生产生活产生了巨大的影响,这一影响在城市化较高的地区尤为明显。基于多源降水数据(降水产品数据和气象站点数据)和夜间灯光数据,选定中国的长三角城市群作为研究区域,将基尼系数(Gini Index, GI)作为降水集中度的指标,利用Theil-Sen Median斜率估计和Mann-Kendall显著性检验进行趋势分析,最后通过相关性分析探究城市化程度与降水集中度的关系。研究结果表明:(1)CHIRPS(Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station Data)数据计算得到的GI与站点数据结果的均方根误差为0.036,远小于CMFD数据(0.067)和MSWEP数据(0.083)的结果,表明CHIRPS数据具有最佳的适用性;(2)长三角城市群的降水不均匀性从南向北逐渐增加,并在城市群中部和西部呈现出显著上升的趋势,研究区域内的降水年内分布将会朝着集中分布的方向发展,极端降水事件出现的可能性增加;(3)城市化对降水集中度主要起到促进作用,城市的快速发展使得降水不均匀性增强,并且在城市群内的南京市、无锡市和镇江市等地区更为显著,更有可能发生城市内涝等灾害。研究对于城市的防洪设计、城市道路排水管道的设计和城市防洪应急响应预案的编制具有参考意义。
2024年03期 v.45;No.311 30-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 2308K] - 艾家棋;张海荣;顾学志;辛谦;曹辉;鲍正风;叶磊;
基于长江流域224个气象站点1960—2018共59 a的日降水数据,采用Mann-Kendall(M-K)趋势检验、线性拟合方法分析长江流域极端降水时间变化特点;确定长江流域最适用于广义极值分布(Generalized Extreme Value Distribution, GEV)参数估计的方法,分析GEV尾部特征,解析长江流域极端降水空间特征。结果表明:(1)长江流域的极端降水总体上呈上升趋势,呈上升趋势地区主要是长江中下游区域,极端降水量增长速率最快的站点主要分布在长江下游,长江中下游流域极端降水量可能在未来会进一步增长,暴雨洪水发生频率可能会提高;(2)L-Moment方法更适用于估计GEV分布参数,对于降水量较大的极端降水序列,L-Moment的稳定性更高,极端降水极值序列分布为Fréchet的站点占比约为70%,表明长江流域大部分站点极端降水极值分布厚尾特征明显,极端降水量波动较大;(3)长江流域极端降水在不同重现期水平下呈现出明显的空间分布差异,不同极端降水序列的极端降水量均呈现出从上游到下游逐渐递增的趋势,长江中下游极端降水量增速快,波动大,不同重现期降水量更大。因此,长江中下游的防洪能力需要进一步加强。
2024年03期 v.45;No.311 39-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 2103K] - 周雨;张育嘉;苗昌盛;
为总结全国降水特征,并探究降水历时的分布,对中国698个气象站56年连续日降水数据,从降水的季节分布、极端特征、持续时间3个方面分析降水特征的空间分布和年际变化,并利用伽马分布对降水历时曲线进行拟合和参数估计,分析影响拟合参数的潜在物理因素。结果显示:(1)降水趋势总体呈现东南地区增加,中部下降,东部、西北、东北冬季降水量增加且分布范围较广,从中国东南地区到西北地区,降水百分位的变化趋势呈先升再减再升,99百分位降水阈值的分布更不均匀,临河站的降水百分位变化趋势下降最大,尤其是湿日降水百分位,湿期在西南和中部地区处于下降趋势,沿海和西北地区处于上升趋势,且流域旱涝持续时间分布特征在大部分地区表现出相反状态,湿期的年际变化相较于干期小;(2)伽马分布对降水量有较好的拟合效果,尺度参数β与降水量和降水百分位的相关性较高,且对强降水事件的极端降水阈值有更好的表现,这一发现能够为后续基于物理影响因素的降水过程研究提供理论支持。
2024年03期 v.45;No.311 48-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 6211K] - 赵泽锦;孙伟;周斌;张轩;王高旭;吴巍;李文杰;姚业;
现有岩溶地区的水文预报主要采用基于物理机制的水文模型,而机器学习模型的应用较为罕见。为了探索机器学习模型在岩溶地区水文预报的适用性,以云南省沙甸河流域为研究区,采用了LSTM模型与随机森林模型对倘甸水文站的逐日径流量与场次洪水进行了模拟,并以针对岩溶地区的改进型新安江模型做参照。研究表明:机器学习模型与改进型新安江模型在日径流过程模拟方面都取得较好的效果,LSTM模型模拟效果更优;场次洪水模拟方面,改进型新安江模型达到了甲级预报精度,机器学习模型6 h预见期预报结果整体优于改进型新安江模型,但24 h预见期的预报结果不能满足预报业务的精度需求。对2种机器学习模型和水文模型的特点及预报精度进行的研究,为岩溶地区水文预报工作提供了参考。
2024年03期 v.45;No.311 59-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 2037K] - 高雪梅;崔东文;
准确的含沙量多步预测对于区域水土流失治理、防洪减灾等具有重要意义。为提高含沙量多步预测精度,改进深度信念网络(DBN)的预测性能,基于小波包变换(WPT),分别提出人工兔优化(ARO)算法、鹰栖息优化(EPO)算法与DBN组合的月含沙量多步预测模型,通过云南省龙潭站月含沙量时序数据对模型进行验证。首先利用WPT对实例月含沙量时序数据进行3层分解处理,得到8个更具规律的子序列分量;其次介绍ARO、EPO算法原理,利用ARO、EPO对DBN隐藏层神经元数等超参数进行寻优,建立WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN预测模型,并构建WPT-PSO(粒子群算法)-DBN、WPT-DBN作对比分析模型;最后利用4种模型对各子序列分量进行预测,将预测值叠加得到最终月含沙量多步预测结果。结果表明:(1)WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN模型对实例超前1步—超前4步月含沙量具有满意的预测效果,对超前5步具有较好的预测结果,对超前6步、超前7步的预测效果一般,对超前8步的预测精度较差,已不能满足预测精度需求;(2)WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN模型的多步预测效果要优于WPT-PSO-DBN模型,远优于WPT-DBN模型,具有更高的预测精度、更好的泛化能力和更大的预测步长;(3)ARO、EPO能有效优化DBN超参数,提高DBN预测性能,优化效果优于PSO,WPT-ARO-DBN、WPT-EPO-DBN模型能充分发挥WPT、新型群体智能算法和DBN网络优势,提高月含沙量多步预测精度,且预测精度随着预测步数的增加而降低。
2024年03期 v.45;No.311 69-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 2032K] - 朱雪颖;黄生志;黄强;郑旭东;张绍庆;高月娇;
采用水资源生态足迹模型,评估了塔里木河流域(简称为塔河流域)2005—2020年人均水资源生态足迹、生态承载力、生态盈亏以及生态承载状况的演变过程,并运用灰色预测模型对2021—2030年的生态盈余/赤字进行预测。结果表明:2005—2020年塔河流域水资源整体上处于生态赤字状态;多数区域水资源生态压力指数大于1.0,生态状况超载严重,万元GDP水资源生态足迹持续下降,而水资源负载指数均呈上升趋势;未来塔河流域水资源赤字状态呈现逐年下降趋势。研究成果能够有效服务于塔河流域生态环境保护和水资源规划与管理。
2024年03期 v.45;No.311 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2328K] - 靳高阳;朱三华;曹一豪;
为研究西北江三角洲河床变化及其与咸潮上溯关系,收集整理以往研究成果资料与水文气象、河道地形数据的基础上,建立一维非恒定流含氯度数学模型,水动力和含氯度验证结果均满足相关规范要求,可以用于计算分析河床变化对咸潮上溯的影响。研究结果表明:(1)1999—2016年,西北江三角洲网河区河床处于不均匀下切状态,河道容积持续增大,导致河口涨落潮阻力减小,高盐水团沿河口上溯更为简单,咸潮上溯情势日益严峻;(2)各口门站的涨潮量增加,咸界上移取淡机率降低,思贤滘不同来流条件下,磨刀门水道咸界平均上移3 735 m,平岗泵站的取淡机率平均减少5.33%,沙湾水道咸界平均上移2 369 m,沙湾第一水厂取淡机率平均减少5.14%,严重影响河口地区的生态系统以及正常取水需求。研究结果可以为西北江三角洲及河口地区的供水安全保障措施研究及工程设计提供基础支撑。
2024年03期 v.45;No.311 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 3610K] - 连曦;程瑶;袁吉栋;袁泽申;
为了探究植被生长状况及影响因素,以河北省为研究区域,基于卫星遥感数据和气象数据,利用Mann-Kendell趋势检验、Sen斜率、偏相关分析等方法,探讨河北省植被时空分布特征,并结合NDVI与气候因子、人类活动的相关性分析河北省植被NDVI变化的影响因素。结果表明:(1)河北省2001—2020年植被NDVI值时间上总体呈增长趋势,年均增长率为2.84×10~(-3),其中2001—2005年呈现快速增长趋势,2005—2020年为缓慢增长,并伴有波动;(2)研究区植被NDVI值空间上由南向北逐级递增,植被改善区域(81.71%)大于退化区域(13.79%),改善区域主要集中在承德、张家口市;(3)人类活动(GDP)是影响NDVI增长的主要影响因素之一,气候因子(降水、温度)次之。GDP的变化对植被的生长有着显著的影响,且河北省植被的改善主要与林地和草地相关;气候因子中,降水是主要影响因素。
2024年03期 v.45;No.311 99-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 2418K] - 翟香;赵青松;
通过植被覆盖度变化所反映的生态环境改善或退化,以认识区域生态环境的演变特征。以都柳江流域为研究区,基于MODIS-NDVI产品数据,利用像元二分模型计算流域植被覆盖度状况;通过趋势分析、距平百分率及变异系数分析22年来流域植被覆盖度变化趋势、波动及异常情况。结果表明:(1)都柳江流域植被覆盖度整体为较高覆盖度及高覆盖度,植被覆盖度良好且季节分布特征显著;(2)植被覆盖度变化趋势主要以增加趋势为主,夏季变化趋势与年际变化趋势相似度高,春季则与冬季变化趋势相似;(3)22年来流域年植被覆盖度大多处于正常状态,正常状态占比在年数据上体现比较稳定,春季和冬季异常状态偏多,植被覆盖度在不同年份相同季节的变化异常相对不同年份的年数据更加显著;(4)2000—2021年年植被覆盖度整体呈现稳定的状态,但冬季和春季植被覆盖度相对较不稳定,波动情况较夏季和秋季显著,时空变化上年际和夏季分布情况较一致。
2024年03期 v.45;No.311 109-119+137页 [查看摘要][在线阅读][下载 3147K]