基于观测站点生成降水的有效分辨率研究

基于全国气象站点、黄河流域及岔巴沟实验小流域的降水观测资料,研究了水文气象站点的空间分布与其生成降水的空间分辨率之间的关系。提出了有效分辨率的概念与计算方法,从观测资料中获得的信息与对资料精度需求的指标中即可确定出最合理的分辨率。在全国区域,采用国家气象局分布的723个观测站点数据,给出一定的精度要求指标后,可以算出有效分辨率分别为24.4km;在全黄河流域,采用760个水文观测站点,可以算出有效分辨率为3.23km,岔巴沟实验流域有效分辨率可以达到0.38km。该成果为基于有限的观测站点生成合理的有效分辨率的降水,提供了关键的技术和科学的依据。     

基准降水对GPM数据精度的影响——以南京“20170610”极端降水事件为例

现有文献多采用两种途径生成评价GPM等卫星遥感反演降水数据精度的基准资料：站点基准降水和插值基准降水，然而，关于基准资料生成方法对卫星降水数据精度的影响以及应优先采纳哪种基准资料尚缺乏深入研究。因此，本文以南京“20170610”极端降水事件为例，利用地面稠密雨量站的观测资料，设计了不同地表雨量站点密度下的随机抽取试验，解析了不同地表基准降水条件下IMERG Early、IMERG Late和GSMaP NOW三种GPM数据的精度特征。结果发现，基准降水对GPM数据精度的影响与雨量要素、数据类型、指标类型、站点密度有关。进一步以高超密度站点插值降水作为“真实”降水，量化了不同站点密度条件下两种基准降水的误差，发现对于24 h累积雨量和逐小时降水过程，存在一定的雨量站点平均密度临界值。若雨量站点密度高于该临界值，以插值降水为基准评价GPM数据的精度更合理，否则采用插值降水和站点降水为基准均可。本文研究深化了对GPM降水数据误差特性的认识，可为合理选取评估卫星降水数据的地表基准数据生成方法提供参考。     

基于深度学习的多源降水数据融合方法及其应用

准确的水文模拟依赖于可靠的降水数据，遥感降水产品是对地面观测站点空间代表性差的有效补充，但其精度仍需进一步改进。为获得更高精度的降水数据，提出了一种时空动态数据融合方法，它结合了基于长短期记忆(LSTM)神经网络的空间插值方法与动态贝叶斯模型平均(DBMA)数据融合方法。基于该方法将IMERG-E遥感降水数据和地面站点观测降水数据进行了融合，并以湘江流域为例，通过评估融合降水数据的精度及水文模拟验证了该方法的可靠性以及融合降水产品的精度。结果表明：融合降水数据能够较好地反映湘江流域降水的空间分布特征，并与地面站点观测降水具有很高的相关性，在多个站点处的相关系数CC达到0.65以上，大多数站点达到与参考数据集(中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集1.0版，简称CMA)相同甚至更高的水平。此外，相较于IMERG-E和CMA,融合降水数据在水文模拟方面的性能有所提升，洪水事件验证期的纳什效率系数NSE分别从0.41和0.80提升至0.84。     

基于WEP模型和TRMM_PR的唐家山堰塞湖入湖径流预报

为解决缺资料地区的堰塞湖入湖径流模拟预报问题,本文以2008年5月12汶川大地震形成的唐家山堰塞湖为研究对象;采用分布式水文模型与热带降雨测量卫星的降雨数据（TRMM_PR）相结合的方法,设置了3种降水输入模式,对堰塞湖形成期内（5月12日—6月9日）的日均入湖流量进行了模拟预报,并利用监测期内（5月29日—6月9日）入湖径流实测资料与模拟结果进行了对比。结果表明：根据气象站实测降水数据对TRMM_PR数据进行修正后输入模型（模式3）,比将气象站实测数据直接输入模型（模式1）和将TRMM_PR观测数据直接输入模型（模式2）的模拟结果要好。本文的模拟结果表明,分布式水文模型可以和星载雷达测雨数据相结合可有效弥补因气象站点过于稀疏、单站控制面积过大造成的资料缺乏问题,而利用气象站点观测数据对TRMM_PR数据进行修正可以有效改善模型的降水输入,从而可以提高入湖径流预报精度。     

卫星与地面观测融合降雨产品精度与径流模拟评估

虽然近年来卫星反演降雨产品逐渐成熟,但精度仍较差,不能满足现代水文气象业务和科研的需求,因此需要地面观测资料对其进行订正。文中采用的卫星与地面站融合数据是基于中国3万多个自动站降雨观测数据和CMORPH卫星反演降雨资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成的中国区域高时空分辨率(0.1°/1h)的降雨量融合产品。通过在汉江丹江口水库以上流域建立分布式水文模型,对2008～2012年的融合降雨数据进行水文模拟适用性分析。结果表明:在日尺度上,CMORPH卫星降雨与地面站点融合数据具有较好的相关性,但存在一定的系统偏差;该降雨产品能较好地捕捉到强度小于25 mm的中小降雨,其模拟的径流与流域下部高峰流量的观测结果有较好的一致性,但总水量比实测值低15.7%,NSE达0.723。研究成果为基于高时空分辨率的卫星雨量计融合降雨产品在分布式水文模型的水文适用性提供了新的见解和经验,并为该数据在流域洪水模拟的水文预报应用提供参考与借鉴。     

浅谈水文档案信息资源的开发利用

一、水文档案的主要内容和特点 水文档案，是水文工作在运行过程中，通过观测测验、水情预报等活动所形成的水文信息，主要包括水位、水质、水温、流量、水情、地下水位、降水、蒸发等原始观测记录，水文手册及图集和水文年鉴等，反映水文气象、陆地水文、海洋水文、水文地质等不同领域长期观测积累的水文变化和洪水旱情预报的情况，为水利和其他国民经济建设部门提供了基础性资料。水文档案具有流域的整体性、时间的连续性、资料的系统性和标准的统一性等特点。     

现代水文气象预报技术研究进展

从定量降水预报与估算、实时洪水预报、水文气象耦合等三个方面总结和回顾了现代洪水预报技术的研究现状,认为:如何融合雷达降水信息与雨量计资料,获取更为准确的降水信息的理论和技术方法还有待完善;水文气象预报的难点和重点在于如何缩小两者之间的时空尺度差异、如何在水文模式中考虑预见期降水;分布式水文模型中的许多物理过程、数学处理方法以及数据不足等问题还有待深入研究。     

区域气候模式垂直分辨率对我国夏季降水模拟的影响

该文采用区域气候模式RegCM3和NCEP再分析资料,选取3种垂直分辨率、3种水平分辨率,就垂直分辨率对区域气候模式模拟我国5年(2000-2004年)夏季降水的影响进行了评估.得到的主要结论如下:从5年季、月平均降水模拟来看,总体上三个方案模拟降水都偏高,随着垂直分辨率提高,模拟降水量更接近观测,各子区域对分辨率呈现更大的敏感性;月平均降水的敏感性更甚于季平均;随着垂直分辨率提高,模拟降水与实测的空间相关系数不一定也增大;即使对区域气候模拟,30km或更高的水平分辨率也有助于提高降水模拟;垂直分辨率的提高可能存在一个敏感范围,超过该范围时,改进模拟的效果不明显;为提高模拟精度且权衡计算花费,提高垂直分辨率比提高水平分辨率更为有效.     

中国融合降水产品在太行山区的质量评估

山区地形复杂,气象站点稀少导致降水实测资料匮乏,卫星降水产品是实测资料的有效补充。以太行山区为研究区,采用国家气象站点观测降水为基准数据,通过连续评价指标(R、RMSE、RB)和分类统计指标(POD、FAR、CSI)对国家气象信息中心研制的中国区融合降水产品进行质量评估,并探讨海拔、坡度和坡向与产品表现的关系。结果表明:融合降水产品与地面实测数据之间有着良好的相关性(R>0.7),但相比原始产品相对偏差和均方根误差仍较大。在降水探测能力上,融合产品提升明显,全序列站点日降水命中率达到0.65,误报率为0.33,特别是对夏季降水的探测精度更高(POD=0.76,FAR=0.32,CSI=0.56)。海拔对融合前后的产品精度有显著(p<0.05)的影响,回归分析显示,在20°~30°的坡度范围存在产品表现的拐点,融合前后降水产品均在南坡表现较差。融合降水产品在经过地面观测数据的校正之后,降水产品精度和降水捕捉能力都有显著的提升,能够较为准确地反映太行山区的降水分布特征。     

20cm口径人工观测雨量桶和JDZ固态翻斗式雨量器雨量观测误差分析

作为重要的水文观测项目,降水量影响着人们日常生产生活,特别是我国西北地区,地处内陆,降水稀少,有效的雨量观测可带给人们诸多方便。分析降水变化,研究其时空规律,可为水文科学与水文气象预报提供科学参考,实现水资源的合理利用。传统的人工雨量器观测受到距离限制,无法实现自动化。随着科技的进步,固态翻斗式雨量储存器广泛运用于水文测验中。根据阿勒泰地区群库勒水文站的雨量数据,分析JDZ02-1型翻斗式雨量传感器和普通人工观测间的误差,阐明翻斗式雨量传感器的应用价值。     

Impact of Spatial Data Availability on Climate Change Prediction in the Weyib River Basin in Ethiopia

Impact of spatial data availability on the temperature and precipitation prediction characteristics of Weyib River basin in Ethiopia has been investigated using CMIP5-CanESM2 model for the RCP8.5, RCP4.5 and RCP2.6 scenarios. The objective of the present study is to characterize how future temperatures and precipitation prediction under CMIP5-CanESM2 model output varies against diverse averaged arbitrary spatial weather stations found in the basin. The statistical downscaling model tested and verified using the observed daily data for twelve, six and three averaged arbitrary spatial weather stations as well as for a single weather station was used to predict the future climate scenarios. The results revealed that the mean annual daily maximum and minimum temperature and precipitation for twelve, six and three arbitrary spatial stations have revealed an increasing trend in the upcoming periods until the end of the century. In single station analysis, the trend itself has changed from increasing trend to decreasing trend in case of maximum and minimum temperature. In case of precipitation, no visible trend has been observed in case of single station analysis. Therefore, the variation in amount and distribution of precipitation and temperature among the four averaged spatial stations in the same study area might affect the water resources and agriculture of the basin and also instead of using a single weather station to predict future climate variables for a particular study basin, it is more reliable using averages of numerous spatial weather stations data.     

Regional Drought Modes in Iran Using the SPI: The Effect of Time Scale and Spatial Resolution

In the present paper, regional drought modes in Iran are identified applying the Principal Component Analysis (PCA) and Varimax rotation to the Standardized Precipitation Index (SPI) computed on different time scales. Data used include gridded monthly precipitation covering the period 1951–2007 retrieved from the Global Precipitation Climatology Centre (GPCC) archive with different spatial resolutions (2.5, 1 and 0.5° resolution). The objective of the study is twofold: (i) Investigate the stability of drought spatial modes as a function of the SPI time scales used for monitoring the different kinds of drought, (ii) Evaluate the impact of the spatial resolution of gridded data on drought regionalization. For the coarse spatial resolution of 2.5°, results show four drought modes of distinct variability, which remain quite stable when the SPI time scale is varied from 1- to 24-month. Differently, for higher spatial resolutions drought modes appear more sensitive to the index time scale and become less spatially homogeneous as the time scale is increased. Moreover, the number of identified modes (sub-regions) may reduce to three or two, but in all cases the most well defined sub-region appears to be the southern one. This suggests that both the spatial resolution of precipitation data and the time scale may affect drought regionalization, i.e. the number of drought modes and their spatial homogeneity.     

格尔木站陆上蒸发场迁移前后资料一致性分析

2003年7月前,格尔木站陆上水面蒸发观测场设在测站院墙外,为宽阔平坦无遮挡的戈壁滩;2003年8月因测站设施改造,将观测场由院外迁至院内.受遮挡率、风力等因素的影响,迁移后的院内观测资料与历年资料对比成果偏小,为使资料与历年资料保持一致性,具有代表性和可靠性,对该站蒸发观测场迁移时的平行观测资料进行对比分析.     

基于ArcGIS的边坡沉降分析及三维模拟

本文以贵州三板溪水电站边坡所获得的基础数据为例,结合三板溪水电站的边坡变形观测的工作实践,利用ArcGIS中的空间分析和三维分析模块,进行数据的综合处理和分析,通过采用反距离加权插值算法,生成DEM(数字高程模型)。在此基础上,生成三板溪水电站边坡的沉降等值线图、沉降三维模拟图。结果表明,以ArcGIS生成沉降曲线图的方法比传统方法更快捷、准确,沉降三维模拟图更直观和逼真,可及时、精确、高效地将沉降信息和变形情况反映给大坝监测中心,是一种快速、直观表达沉降观测成果的有效方法。     

全站仪和GPS数据格式的转化方法

全站仪和GPS下载的数据,其中大部分都是非DAT数据,而利用全站仪和GPS在野外所采集的数据进行计算机数字制图或测量控制网观测数据的处理时,需要DAT数据文件。在这种情况下,将所下载的非DAT数据文件转换成DAT数据文件,就显得较为重要。针对下载的非DAT格式的数据,利用WORD,EXCEL,CAD等大众化普及软件的某些功能,生成计算机数字制图或测量控制时可以被识别的DAT格式数据文件。该方法操作简单,易于掌握,避免用户开发或编写更复杂的软件和程序。从而达到事半功倍的效果。     

A Distributed Hydrological Model Driven by Multi-Source Spatial Data and Its Application in the Ili River Basin of Central Asia

Hydrological simulation in ungauged regions is a popular topic in water resource and environmental research, and is also an important part of the international research initiative Predictions in Ungauged Basins (PUB). In this study, a multi-spatial data-based DTVGM (MS-DTVGM), combining multi-source spatial data (MS-spatial data) with the Distributed Time-Variant Gain Model (DTVGM), was built in order to reduce dependence on conventional observation, and was applied to the Ili River basin where traditional data sets are scarce. Because it utilizes MS-spatial data to measure precipitation, potential evapotranspiration, air temperature, vegetation parameters, and soil parameters, the model is driven purely by data from common platforms, thus overcoming the disadvantage of the large amounts of data typically required for distributed hydrological models. The inputs and simulation results were calibrated and validated using station or field observations. The results indicate that: 1) the MS-DTVGM is feasible in the Ili River basin; all model inputs can be acquired from multi-source spatial data and the key parameters are accurate; 2) the MS-DTVGM has good performance on a monthly time scale, and its simulation results can be used for a longer time-scale water resource analysis; and (3) daily runoff generation correlated strongly with snowmelt, the R² is about 0.69 indicating that the latter is an important contributor to water resources and suggesting that a snowmelt module is indispensable this area. The potential of distributed models for hydrological simulation in data-scarce regions using MS-spatial data was clearly demonstrated.     

基于云模型的淮北平原参考作物蒸散量时空分布

传统的时空分布分析方法仅可以描述参考作物蒸散量(ET0)的平均时空分布情况,难以对ET0时空分布的离散程度与稳定性进行量化。根据安徽淮北平原5个站点的气象数据与地理信息资料,采用彭曼-蒙特斯公式计算ET0,基于云模型分析了其时空分布特征。结果表明:年ET0呈下降趋势,春、冬季增长,夏、秋季减小;年ET0空间分布较为均匀,季节ET0空间分布不均匀;2004年较为分散而不稳定,1956年较集中而稳定;阜阳站较为分散而不稳定,宿县站较集中而稳定;ET0时间变化的离散程度相对于空间分布较小,稳定性相近。因此,基于云模型分析ET0时空分布特性可行、有效,研究结果可为淮北平原不同作物蒸散发以及旱灾、灌溉等研究提供科学参考。     

基于ATAK的MSWEP数据空间降尺度及对降水融合的影响研究

全球性降水数据为获取大范围降水空间分布提供了新途径,但其空间分辨率不高一直是制约其应用于流域或区域尺度上的重要因素之一,因此研究全球性降水数据的空间降尺度方法具有重要的理论和实用价值。本文采用从区域到区域的Kriging(Area to Area Kriging, ATAK)和反距离权重(Inverse Distance Weighted, IDW)两种方法,不考虑地面雨量资料及影响雨量的有关辅助信息,在汉江流域将全球性降水数据MSWEP的空间分辨率由0.1°×0.1°提高至0.02°×0.02°。结果发现ATAK降尺度得到的月雨量场虽然在统计精度上与IDW无明显差异,但提高了对月降水量局部空间变异特征的描述能力,在一定程度上克服了IDW的平滑效应。进一步以ATAK、IDW降尺度处理后的MSWEP数据以及不作空间降尺度处理的原始MSWEP数据为背景场,采用GWR方法分别与雨量站网降水数据融合,发现3种情况下得到的月降水融合数据在空间基本格局上相同,精度统计结果也较为接近,但雨量场的空间连续性及细节特征仍有一定差异。在地表雨量站网密度较高的情况下,背景场差异对MSWEP和站点降水融合结果...     

新一代水文模拟系统的流域嵌套式强化观测方案设计 —以新安江水文水资源实验改建项目为例

气候变化和高强度的人类活动对水文循环及其时空演变规律产生了重要影响,原有研究成果已不能真实反映现代条件下的水文变化规律.作为概念性模型的代表,新安江模型已不能适应变化环境下流域综合水文要素的模拟,因此有大量应用基础研究工作亟需加强.为解决这一难题,文章以新安江水文水资源实验站改建项目为例,阐述嵌套式强化观测流域设计方案的应用,在原有设施基础上,嵌套增建了原型小流域及坡地水文综合要素观测场、嵌套式强化观测流域、水文综合实验与分析测试中心及远程接收中心.结果表明该设计方案能够有效的提升数据资源类型及涵盖面,为发展新一代水文模型系统提供数据支撑,为建设流域大气-水文-生态综合模型提供科学依据.