水文水资源学家陈守煜先生学术研究的知识图谱分析

为探索水文水资源学家陈守煜先生学术研究历程及其演变规律,以其335篇文献作为数据基础,采用共现分析等文献计量可视化分析方法,通过文献发表的时间分布、学科和期刊分布、高被引文献分布和研究主题等方面的知识图谱分析,系统分析了陈先生的学术研究历程。结果显示:陈守煜先生学术研究生命周期历时达62年,在其60岁后出现了2个学术创新高峰期;其学术研究特色荟萃于其河渠非恒定流计算、模糊集理论的水文水资源应用、模糊水文水资源学基本理论、模糊聚类-识别-优选统一理论、可变模糊集理论和可变模糊集理论的水文水资源应用6个研究主题,其中主题1为后续的5个模糊水文水资源学创新主题奠定了数值计算的研究方法论,主题2为模糊集现有理论的应用探索,主题3至主题5为面向工程应用的模糊集理论不断深入创新,主题6为可变模糊集理论的应用探索,形成了"紧密结合应用-持续理论创新-创新理论再应用"这种理论与实践互馈的研究特色。他每一阶段的研究目标比较集中、明确,与其研究主题密切对应,显著提高了研究效率;他的学术研究影响广泛,合计被引8554次,缘于他的源头理论创新。陈先生的研究,理论与应用不断互馈,贵在厚积薄发、深入钻研、持续创新,其研究理念和方法论,对水利科学的学术创新研究具有重要的启示作用和深远影响。     

合肥市干旱识别及基于Copula的特征值重现期分析

以合肥市月降水量为干旱指标，以轻旱等级的上下限值为干旱发生阈值，并以月水面蒸发量与土壤耕作层有效含水率之和为干旱解除阈值，采用三阈值游程理论法识别干旱，以干旱烈度和峰值强度为干旱事件的特征值，利用适于描述具有上尾相关性的GH Copula函数构建特征值的联合分布，计算干旱事件特征值的各种重现期，辨析各种重现期的内涵及其对实际旱情的反映。结果表明，基于月降水量和月水面蒸发量识别的干旱能较准确地反映实际旱情；合肥市干旱始于10、7月的可能性最高，严重干旱绝大多数均始于或包含7月；发生于2019年7~12月的干旱烈度、峰值强度的重现期分别为27.4、42.9年，烈度和峰值强度的“AND”、“OR”联合重现期分别为48.0、25.7年；联合重现期越大的干旱不代表其对承灾体造成的损失越严重。     

安徽省台风降水气候特征及台风降水事件预测

基于安徽省15个站1957~2016年逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了梅雨期和伏期台风降水的气候特征及台风降水异常年的大气环流特征;通过相关分析确定了影响安徽省台风降水事件的前期环流指数,建立了基于BP神经网络的梅雨期和伏期台风降水事件发生与否的预测模型。结果表明,60年中有32年在梅雨期发生了台风降水,有40年在伏期发生了台风降水,对应梅雨期、伏期的多年平均台风降水量分别为123.7、126.8mm;台风降水偏多和偏少年的环流背景具有明显差异,降水偏多年欧亚大陆以经向环流为主,副高偏强、偏北;降水偏少年欧亚大陆以纬向环流为主,副高偏弱、偏东;台风降水事件发生与否的BP神经网络预测模型具有较高的准确度,率定期内梅雨期、伏期准确率分别为98%、100%,验证期内梅雨期、伏期准确率均为90%,其中1976、2013年预测错误,可能是这两年台风降水分别受ENSO和西太平洋海温异常事件的影响,台风降水机制异于常年。     

半偏减法集对势在区域旱灾风险评估中的应用

为深入挖掘旱灾风险动态评估中评价样本与评价标准之间存在的不确定性问题,提出用半偏减法集对势这一新的联系数伴随函数,建立区域旱灾风险动态评估的半偏减法集对势方法（SSSPP）,并应用于宿州市2007—2017年旱灾风险动态评估和风险脆弱性因子识别研究。结果表明:宿州市旱灾风险综合等级基本在2级以上,处于偏危险状态,通过半偏减法集对势值可判别2009、2010及2011年处于偏反势,为高危险年份。通过半偏减法集对势方法识别出了宿州市旱灾风险脆弱性指标有:相对湿润度指数、土壤相对湿度、土壤类型、单位面积水资源量、耕地率、农业人口比例、水库调蓄率、单位面积现状供水能力、单位面积应急浇水能力、灌溉指数、节水灌溉率,这11个指标是宿州市降低旱灾风险等级进一步需要调控的对象。     

基于梅雨监测指标的安徽江淮地区梅雨过程识别

据国标《梅雨监测指标》规定的入梅和出梅条件,识别了安徽省江淮地区1957—2020的梅雨过程及其特征量,对比分析了国标与其发布前其他研究在雨日、出梅条件等方面的异同及其对梅雨过程识别和特征量的影响。结果表明:据国标识别的安徽江淮地区梅雨过程和特征量与其他现有研究方法的识别结果基本一致,以日降水量大于气候平均6—7月日降水量的1/2为雨日,比据国标规定的雨日识别的空梅年增多,识别的部分年份入梅偏晚;1957—2020年中有13个空梅年,约占1/5,非空梅年平均于6月19日入梅,7月13日出梅,梅雨期长23.7 d,梅雨期和降水集中期的降水量分别为270.7和263.0 mm,约占年降水量的1/4,占6—7月降水量的3/4;当研究区域较小时,应据环流和雨日条件确定区域的出梅日,不宜以最后一个雨期结束日的次日为出梅日;安徽江淮地区在空、枯梅容易出现较重旱情,尤其是连续的空、枯梅年,而梅雨量大且集中的年份易发生洪涝,尤其是梅雨量大于400 mm的年份（如2020年）。     

投影寻踪方法在水资源承载力评价与预测中的应用

为解决区域水资源承载力综合评价中指标数据高维、非线性的问题,构建基于最大信息熵原理的投影寻踪水资源承载力评价方法,将该方法应用于2015年安徽省16个地级市水资源承载力的空间分布评价中;最后对2005—2015年安徽省全省水资源承载力进行动态评价,将该评价结果与灰色GM(1,1)模型结合,对2018—2020年安徽省区域水资源承载状况进行预测。结果表明:2015年,安徽省水资源承载空间分布状况整体表现为皖南地区优于皖中地区,皖中地区优于皖北地区;2005—2015年期间,全省水资源承载力虽基本处于临界超载状态,但年际间承载状况逐年好转。预测结果表明,2018—2020年全省水资源承载力保持良好的发展态势,总体向可载趋势发展。     

GIS多源数据图层叠置法研究山东省干旱分区

为揭示山东省干旱孕灾环境的自然背景和干旱空间分布格局,通过基于GIS的图层叠置方法对山东省干旱分布进行区域划分。首先根据山东省干旱成因选取降水量、土壤含水量、植被指数NDVI和气温4个干旱因子进行GIS栅格数据处理,得到相应的干旱因子图层;然后利用层次分析法确定各干旱因子的权重,把上述归一化后的4个干旱因子图层进行加权叠置,得到综合干旱因子图;最后,将综合干旱因子图与山东省高程分布图层进行叠加,得到山东省5个干旱分区,即鲁西北平原北部的农业重旱区、鲁西北平原的南部和胶莱平原农业轻旱区、胶东半岛较湿润区、鲁中南山地丘陵湿润区、山东南部沿海区域的平原湿润区,并提出了各分区的适宜干旱指标。该研究可为山东省干旱监测预警提供孕灾环境方面的理论支撑。     

效应全偏联系数及其在区域水资源承载力评价中的应用

为准确描述偏联系数的数学表达形式,揭示偏联系数的物理内涵,采用偏正联系数与偏负联系数相互综合比较分析的研究思路,归纳提出了用于评价集对事件发展趋势的效应全偏联系数。与现有的2种偏联系数的计算方法进行对比分析,得出3种偏联系数计算方法的理论差别,并将3种计算方法进行实例对比分析。结果表明:效应全偏联系数方法计算的某医院1997年、2000年的医疗质量偏联系数与方法二(覃杰等提出)、方法三(陆广地等提出)的计算结果具有较大差异,效应全偏联系数方法的计算结果更加接近实际。将效应全偏联系数方法应用于安徽省水资源承载力评价中,进一步验证该方法的适用性。结果表明:效应全偏联系数方法与减法集对势方法计算判别的各年份水资源承载力的发展趋势比较一致,相关系数接近1. 0,表明效应全偏联系数方法在水资源承载力评价中是适用的。上述2个实例的分析比较结果说明,效应全偏联系数方法的计算结果合理可靠,可为集对事件发展趋势的判断分析提供新途径,具有推广应用价值。     

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。