LAI和FVC植被参数对VIC模型土壤含水量模拟的影响研究

植被参数是分布式水文模型的重要输入参量,对径流、土壤水分等水循环参数的模拟具有显著的影响。论文以西藏那曲为研究区,对比分析了MODIS遥感数据估算的叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)、植被覆盖指数(Fractional vegetation cover,FVC)两种动态植被参数对VIC水文模型模拟表层土壤含水量(0~15 cm)的精度影响。结果表明,与使用静态植被参数相比,基于MODIS的动态LAI及FVC驱动的VIC模型模拟的表层土壤含水量的精度显著提高,且冰冻期的改善尤为明显,偏差Bias从0.101 cm~3·cm~(-3)下降至0.032 cm~3·cm~(-3),均方根误差RMSE从0.135 cm~3·cm~(-3)下降至0.071 cm~3·cm~(-3),相关系数R从0.483上升至0.836。进一步分析表明,两种植被参数对VIC模型的表层土壤含水量模拟精度都有一定的影响,但FVC的影响更显著。     

基于温度植被干旱指数的黄河源区土壤表层含水量反演

为了对黄河源区的土壤表层含水量进行反演与时空分析,利用黄河源区2006年第65—321天MODIS温度和植被指数产品数据,计算了温度植被干旱指数(TVDI),构建了不同像元尺度窗口的LST/NDVI斜率与实测表层土壤相对含水量之间的线性关系,比较了不同尺度像元窗口的拟合效果。分析结果表明:9×9像元窗口的拟合效果(回归系数R2为0.65)优于其他像元窗口尺度;季节尺度的拟合精度(回归系数R2为0.76)优于长时间序列的拟合精度;夏季模拟值与实测值的均方根误差为0.09,模拟精度满足实验要求,可用于黄河源区短时间序列的土壤表层含水量反演。     

基于标准化帕尔默干旱指数的西江流域干旱评估

采用西江流域武宣站集水区68个气象站点1961-2014年的逐日气象观测资料和12个水文站点1961-1989年日径流资料以及植被、土壤数据,驱动VIC水文模型计算水文要素的时空分布,构建网格尺度的标准化帕尔默干旱指数(SPDI),结合游程理论识别历史干旱事件,分析了SPDI在西江流域干旱评估的适用性以及历史干旱事件的...     

基于PDI的湖北漳河灌区土壤含水量遥感监测

选择湖北漳河灌区作为研究区域,利用经过大气校正的Landsat ETM+近红外(NIR)、红光(Red)波段反射率建立NIR-Red光谱特征空间,计算垂直干旱指数(PDI),并与5~20 cm实测土壤水分数据相比较,结果表明:模型观测值与实测土壤水分的相关系数为0.76,其变化曲线和实测土壤水分变化趋势保持一致。NIR-Red光谱特征空间法具有比较明确的生物物理意义,能够反映地表覆盖、水热组合及其变化。建模简单实用,易于操作和获取,适宜于在南方湿润地区土壤水分快速监测中推广应用。     

用遥感方法模拟土壤含水量和蒸发量

本文应用综合数据结构,对土壤含水量和蒸发量的空间变化性作了模拟。该数据结构来自—个地理信息系统(GIS),其中包括取自TM和SPOT卫星土地使用信息和植物参数信息,以及德国土壤调查局的10m网格的土壤基地信息。对蒸发量的模拟采用了GIS的空间数据、德国气象局的气象数据和控制气孔蒸发的Penman—Monteith公式。土壤含水量的预算,由Philip公式的简化式决定。土壤—植物—大气的变化过程与50Km~2研究区域内的每个图幅相互关连,而每个图幅的时间性,可用1986年夏天1小时的时间解进行计算。在针叶林中,以实测数据作比较,其结果表明:所计算的蒸发量、土壤含水量和水压的各项特性与试验值非常近似。     

基于VIC模型的修河干流径流模拟研究

为了更好地对修河流域水资源进行科学合理的规划与评价,以修河干流虬津站断面以上控制流域为研究区域,构建修河干流流域大尺度分布式VIC模型(Variable Infiltration Capacity,VIC model),利用普林斯顿气象同化数据集驱动模型进行流域的径流模拟研究,以纳什效率系数NSE和相对误差Er两个评价...     

基于可变下渗容量模型和Palmer 干旱指数的区域干旱化评价研究

基于可变下渗容量(Variable Infiltration Capacity,VIC)模型的流域网格划分及其对径流、蒸散发和土壤含水量变化的模拟,对Palmer干旱指数各水量平衡分量的计算进行了优化,并采用分级修正的方式,改进了Palmer干旱指数中气候特征系数K的确定方法。在此基础上,建立了基于VIC模型和Palmer干旱指数的区域气候干湿变化评价系统,并采用该系统对黄土高原进行了研究。结果表明,近40年黄土高原气候正向暖干化趋势发展,1990年以后暖干化趋势尤为明显。研究区干旱发生频率在空间上呈由西北向东南递减趋势,不同季节干旱发生频率空间分布存在一定差异。该评价系统物理机制清晰,地区适应性较强,在实时监测和评估气候干湿变化及其时空分布上存在较大应用潜力。     

干旱指数研究进展与展望

干旱是一种频发的自然灾害,对社会经济和生态环境造成极大危害。干旱指数是评估干旱的有力工具,但由于干旱发生的复杂性和干旱影响的广泛性等特点,使得干旱指数种类繁多且各有侧重。合理选择干旱指数是准确监测和评估干旱的基础。本文首先阐明干旱的概念与定义,然后对气象干旱、农业干旱、水文干旱、社会经济干旱、地下水干旱等单变量干旱指数及综合干旱指数的研究进展进行了系统的总结,将综合干旱指数按构造方法分为水量平衡法、权重法及统计概率法三类,分析了这三类方法的应用特点。提出了当前干旱定义中存在以人为中心的描述气象干旱产生的农业水文和社会经济影响,不能描述干旱导致的生态影响、干旱指数没有考虑干旱影响部门的水需求和多源数据融合等问题,提出了今后应在定义地下水干旱和生态干旱等新的干旱类型、发展更有效的干旱指数和基于多源数据融合的综合干旱指数等方面进行深入研究。     

基于VIC模型的滦河流域综合干旱指数的构建与应用

干旱频发已成为严重制约社会经济可持续发展的重要因素,但由于干旱形成机理复杂,影响因素众多,目前尚无公认普遍适用的干旱指数,因此寻找并构建适用于研究区的综合干旱指数成为当前研究的热点和重点。本文以滦河流域为研究对象,选取1960-1979年为研究期,通过对降水距平百分数、相对湿润度和由VIC模型的中间变量-土壤含水量计算得到的土壤相对湿度指数进行主成分分析,构建了适用于该流域的综合干旱指数,对研究期的旱情进行了评价,并与标准化降水指数(SPI)、帕默尔指数(PDSI)的评价结果进行比较,验证其适用性。结果表明:基于VIC模型的综合干旱指数能较好地评价滦河流域历史旱情。该研究在提升海河流域干旱监测和评价能力方面具有一定的理论与实用价值,也为其它流域的干旱评价具有参考价值。     

基于双指数联合模型的土壤含水量反演 -- 以河北省为例

针对温度植被干旱指数特征空间的非线性现象,研究以Modis数据为数据源,以河北省为研究区,通过引入表观热惯量,提出双指数联合(DICIM)的土壤含水量反演模型用以改进TVDI指数特征空间的非线性问题。研究分别采用TVDI和DICIM模型对6月上中旬的土壤含水量进行反演,对比低植被区土壤含水量反演的空间差异性,并通过误差统计验证模型的反演能力。结果表明:在低植被区,DICIM模型反演的土壤含水量比TVDI反演的土壤含水量特征明显,反演值更加接近于实测值。经误差统计分析发现基于DICIM模型反演的10cm深度的土壤含水量值相比于TVDI指数反演的土壤含水量值平均绝对误差低0.26%～0.50%,均方根误差低0.28%～0.73%,相对均方根误差低0.73%～5.54%,平均相对误差低1.31%～3.27%,且基于DICIM模型的反演值与10cm深度土壤含水量实测值的相关系数R值都在0.65左右。可见,提出的DICIM模型综合了ATI和TVDI模型的优势,提高了TVDI指数的反演能力。     

Comparison of soil moisture at different depths for drought monitoring based on improved soil moisture anomaly percentage index

To better understand the characteristics and mechanisms of droughts at different drought stages, this study selected the Xiangjiang River Basin in China as the study area, and evaluated soil moisture (SM) at different depths for drought monitoring, through SM data simulated with the variable infiltration capacity (VIC) model. To solve the problem of unreasonable drought/wetness classifications based on the soil moisture anomaly percentage index (SMAPI), an improved soil moisture anomaly percentage index (ISMAPI) was developed by introducing the Box–Cox transformation. The drought/wetness frequency generated by ISMAPI demonstrated preferable spatial comparability in comparison with those from SMAPI. The lag time of ISMAPI relative to the standardized precipitation evapotranspiration index was closely related to soil depth, and was characterized by a fast response in shallow soil layers and a relatively slow response in deep soil layers. SM in shallow soil layers provided a measure for monitoring short-term droughts, whereas SM in deep soil layers provided a better measure for long-term persistent drought events. Furthermore, the occurrence and mitigation time of drought events identified by SM in deep soil layers usually lagged behind that identified by SM in shallow soil layers. Compared with deep SM, SM in shallow soil layers responded faster to meteorological anomalies, thereby resulting in shorter periods of SM persistence in shallow soil layers than in deep soil layers. This can explain the differences of SM at different depths in drought monitoring.     

基于供水水源的干旱指数及在昆明干旱频率分析中应用

在分析昆明需水量主要供水水源的基础上,以土壤含水量和径流量分别表示作物蒸散和各用途取水的供水水源,参照综合气象干旱指数的构造方式,构建了基于标准化土壤含水量指数和标准化径流指数的综合水文干旱指数。采用阈值法识别基于综合水文干旱指数的干旱过程,通过区域旱情频次确定干旱发生阈值,并分别以干旱过程中指标值小于干旱发生阈值的时段数和时段内干旱发生阈值与指标值之差的累积和为干旱历时和干旱烈度。在采用适线法确定干旱历时、干旱烈度边缘分布的基础上,利用GH Copula函数构建了两者的联合分布,计算了昆明1956—2011年干旱事件的重现期。与昆明实际旱情及由标准化土壤含水量指数、标准化径流指数识别干旱过程比较,综合水文干旱指数适用于昆明干旱过程识别及其重现期计算,相比于气象干旱指标能更直接地反映区域旱情,而相比于土壤含水量或径流量单水文干旱指标能更全面地反映区域干旱的驱动因素。     

新安江模型在土壤墒情预报中的应用

近年来干旱已严重影响到自然生态环境的平衡及人类社会、经济的可持续发展。而墒情预报是干旱管理的一项基础工作。本文分析了国内外墒情预报的模型方法,并将新安江模型移用于土壤墒情的预报研究中,建立了基于水量平衡的土壤墒情预报方案。从模型的预测结果可以看出,模拟预报结果和实测值基本一致,该方法精度是较高的。新安江模型预报土壤含水量的模型结构简单,涉及参数少且物理意义明确,易于调试优选,便于在实际工作中推广使用。     

新安江模型在土壤墒情预报中的应用

近年来干旱已严重影响到自然生态环境的平衡及人类社会、经济的可待续发展。而墒情预报是干旱管理的一项基础工作。本文分析了国内外墒情预报的模型方法,将新安江模型移用于土壤墒情的预报研究中,建立了基于水量平衡的土壤墒情预报方案。从模型的预测结果可以看出,模拟预报结果和实测值基本一致,该方法精度是较高的。新安江模型预报土壤含水量的模型结构简单,涉及参数少且物理意义明确,易于调试优选,便于在实际工作中推广使用。     

基于分布式水文模拟的干旱评估预报模型研究

本文从流域水文循环角度,以长江上游为例,利用数字高程、气象水文、土壤植被和土地利用等地理信息数据,采用分布式水文模型模拟水文过程各环节,获取各项气象水文要素。继而依循PDSI干旱模式原理,建立了干旱评估预报模型GBHM-PDSI。对2006年重庆地区严重干旱事件的模拟应用表明,该模型不仅能综合评估旱情等级,而且可以定量地描述干旱的发生、发展直至结束过程,在表现旱情的地区差异和随时间的演变过程等方面具有优势,且能够结合气象信息对旱情发展进行推演预报。     

多变量综合干旱指数在渭河流域的应用

为解决传统单变量干旱指数在实际中不通用、而多变量干旱指数在赋权上存在较大的主观性和偶然性的问题,本文以4种常用的典型单变量干旱指数,通过熵权法、模糊评价法、经验法三重赋权,构建可描述气象干旱与水文干旱的综合干旱指数MHDI。结果表明：综合干旱指数MHDI在渭河流域可有效识别典型干旱事件和极端干旱事件,1960-2010年渭河流域年代际尺度流域干旱呈现波动上升趋势,20世纪90年代达到最大;年际尺度流域呈现逐年变干趋势,其中泾河流域、渭河中游、渭河下游对流域变干起主要贡献,年内尺度流域呈现春、秋两季显著干旱的特征,其中4、11月最旱;在2010-2020年,各子流域MHDI指数的Hurst系数计算结果均小于0.5,流域旱情将有所缓解。本文的研究方案可为流域工农业生产提供参考。     

基于多源遥感土壤湿度与模型数据同化的流域径流模拟

为提升径流模拟精度,以秦淮河流域为例,采用集合平均法将SMAP、SMOS、AMSR2卫星遥感土壤湿度融合并利用地形湿度指数进行空间降尺度处理,采用卡尔曼滤波算法和栅格新安江模型进行遥感融合土壤湿度同化。对2016—2018年秦淮河流域3个流量站记录的11场洪水进行模型数据同化的结果表明：日尺度率定期洪峰、径流深相对误差合格率均为71.43%,验证期洪峰、径流深相对误差合格率分别为66.67%和100%;经同化后,8场洪水径流深误差减小,平均误差降低29.01%;8场洪水确定性系数增大,范围在0.01～0.09之间,模拟精度最高可提升11.84%;同化多源遥感土壤湿度能有效改善土壤湿度估计的准确性,进而提升径流模拟精度。