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中国耗水结构综合分析及其驱动力研究

水资源保护 2024年

作者：刘静宣柯炀余钟波王卫光河海大学水灾害防御全国重点实验室河海大学水文水资源学院河海大学长江保护与绿色发展研究院

耗水结构研究对水资源规划管理和可持续发展具有重要意义，但如何从全局视角对耗水结构进行综合评价还有待进一步研究。本文基于水足迹方法，量化了2010年和2019年中国农业、工业、生活和生态部门的耗水量，以基尼系数、不平衡指数和水... 详细信息

耗水结构研究对水资源规划管理和可持续发展具有重要意义，但如何从全局视角对耗水结构进行综合评价还有待进一步研究。本文基于水足迹方法，量化了2010年和2019年中国农业、工业、生活和生态部门的耗水量，以基尼系数、不平衡指数和水资源承载力为主要指标，评价了各地区耗水结构的空间均匀性、局部适配性和水资源脆弱性，并采用灰色关联法对部门耗水特征进行了驱动力分析。结果表明：（1）各部门耗水空间分布的均匀性差异显著，农业部门最优，生活部门次之，2019年空间均匀性较2010年有所下降；（2）生活和工业部门的水资源适配度最佳，其次为农业部门，而生态部门水资源适配度最差，2019年较2010年变化不大；（3）北方地区较南方地区的水资源承载力更为脆弱，超载地区主要集中在黄淮海等地区，水资源脆弱性2019年较2010年更为严峻；（4）各部门空间均匀性、局部适配性和水资源脆弱性的驱动力因素差异较大，生态部门的影响因素相对较多。未来应秉持因地制宜的发展战略，优化耗水结构和产业布局，构建可持续的水资源利用体系。

关键词：耗水结构水足迹基尼系数不平衡指数水资源承载力

基于遥感和通量观测的实际蒸散发时空变化特征——以黄河流域水源涵养区为例

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水科学进展 2024年第2期35卷 338-347页

作者：鞠琴刘小妮刘娣申同庆谷黄河王国庆余钟波河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 河海大学水安全与水科学协同创新中心江苏南京210098 南京水利科学研究院水灾害防御全国重点实验室江苏南京210029

蒸散发是地表水热平衡的关键要素,分析蒸散发的时空分布特征及其影响因素,对于深入理解区域水文循环与生态系统过程至关重要。基于通量观测站数据,评估GLEAM、MTE、GLDAS和AVHRR共4种蒸散发产品在黄河流域水源涵养区的适用性,利用水量... 详细信息

蒸散发是地表水热平衡的关键要素,分析蒸散发的时空分布特征及其影响因素,对于深入理解区域水文循环与生态系统过程至关重要。基于通量观测站数据,评估GLEAM、MTE、GLDAS和AVHRR共4种蒸散发产品在黄河流域水源涵养区的适用性,利用水量平衡方法验证其在流域尺度上的精度,并探讨实际蒸散发的影响因素。结果表明:在站点尺度上,GLEAM蒸散发产品精度最高;在流域尺度上,校正后的GLEAM蒸散发产品与实际蒸散发的相对误差在渭河南山支流区最小,其次是兰州以上地区;1982—2015年黄河流域水源涵养区实际蒸散发整体呈增加趋势,空间分布上自西到东逐渐增加;不同植被类型年均蒸散发差异较大,阔叶林的蒸散发最大(575.2 mm),其次是农田(504.3 mm),高山草甸的蒸散发最小(358.2 mm);实际蒸散发变化主要受到太阳辐射与气温的影响。

关键词：实际蒸散发遥感蒸散发产品通量观测影响因素水源涵养区黄河流域

不同水平分辨率区域气候模式对青藏高原气候特征模拟

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干旱区研究 2024年第3期41卷 363-374页

作者：王雪莹谷黄河代斌张瀚文余钟波河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 河海大学水文水资源学院江苏南京210098 上海勘测设计研究院有限公司上海200335

青藏高原地区气候特殊、地形复杂,气象观测站点稀少,对其区域气候和水循环过程的观测和模拟存在很大的困难。本文基于RegCM模式和WRF模式,探究不同水平分辨率10km、25km、50km下区域气候模式对该地区1989—2008年气候时空分布规律的模... 详细信息

青藏高原地区气候特殊、地形复杂,气象观测站点稀少,对其区域气候和水循环过程的观测和模拟存在很大的困难。本文基于RegCM模式和WRF模式,探究不同水平分辨率10km、25km、50km下区域气候模式对该地区1989—2008年气候时空分布规律的模拟能力。研究结果表明:在10 km水平分辨率下,RegCM模式模拟多年平均气温绝对误差为0.33℃,WRF模式模拟绝对误差为1.77℃,比25 km和50 km水平分辨率下绝对误差减少1.60~2.12℃,且四季气温模拟值与实测值的相关性有所提高;随着水平分辨率的提高,WRF模式对青藏高原东南部和南部的降水量高估有所改善,RegCM模式模拟值逐渐接近实测值(模拟年降水量相对误差由169%降至75%)且对高原北部降水量的模拟有所改善,但整体上模式对降雨的高估依然存在;两个模式随水平分辨率的提高对地形起伏最大的雅鲁藏布江源区降水量的误差减少最为明显。本研究可为揭示气候变化下青藏高原水文响应机理奠定基础。

关键词：区域气候模式不同水平分辨率 WRF RegCM 青藏高原

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长江上游卫星反演与再分析降水数据的适用性评估

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河海大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 15-24页

作者：胡文韬余钟波陈松峰谷黄河鞠琴周婷河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 河海大学全球变化与水循环国际合作联合实验室江苏南京210098 江苏省水资源服务中心江苏南京210029 安徽农业大学工学院安徽合肥230036

为评估不同降水数据在长江上游的适用性,基于气象站点观测数据,采用多种评价指标,定量评估了卫星反演降水数据(IMERG-Final、GSMaP-Gauge)及再分析降水数据(ERA5-Land)在长江上游的应用精度,并分析了各降水数据在不同等级降水的误差结... 详细信息

为评估不同降水数据在长江上游的适用性,基于气象站点观测数据,采用多种评价指标,定量评估了卫星反演降水数据(IMERG-Final、GSMaP-Gauge)及再分析降水数据(ERA5-Land)在长江上游的应用精度,并分析了各降水数据在不同等级降水的误差结构。结果表明:3套降水数据均能准确捕捉流域降水东高西低的空间格局,与观测降水有着良好的相关性,且2015—2019年表现平稳,有可长期应用的潜力;各降水数据时间分辨率越高,误差相对越大,在流域地形变化剧烈的中部误差更大;对弱降水易错报高估,对强降水的低估随降水强度上升而加剧;两套卫星反演降水数据总体误差较小,适用性良好,IMERG-Final有更好的误差控制能力,GSMaP-Gauge对降水发生的识别更为准确;ERA5-Land明显高估流域降水,尤其在西南部地区。

关键词：卫星反演降水再分析降水适用性评估误差结构分析长江上游

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基于多源数据的黄河源区降雪比变化及其影响因素

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冰川冻土 2024年第4期46卷 1169-1183页

作者：宋怡铭徐世琴余钟波董宁澎西北师范大学地理与环境科学学院甘肃兰州730070 Hydrology Agriculture and Land Observation LaboratoryDivision of Biological and Environmental Science and EngineeringKing Abdullah University of Science and TechnologyThuwal 23955-6900Saudi Arabia 河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 河海大学水文水资源学院江苏南京210098 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

黄河源区是黄河流域关键产流区域,对气候变化十分敏感。在气候变暖背景下,降水形态转变及其影响因素的研究依然不足。围绕这一重要科学问题,本研究基于地面气象站点观测和多源高分辨率气象数据集[China Meteorological Forcing Dataset(... 详细信息

黄河源区是黄河流域关键产流区域,对气候变化十分敏感。在气候变暖背景下,降水形态转变及其影响因素的研究依然不足。围绕这一重要科学问题,本研究基于地面气象站点观测和多源高分辨率气象数据集[China Meteorological Forcing Dataset(CMFD)、ECWMF ERA5-Land(ERA5-Land)、Multi-Source Weather(MSWX)],采用湿球温度参数化模型对1980—2015年黄河源区降水形态进行区分,并对降雪比长期变化趋势及其影响因素进行了综合研究。结果表明,1980—2015年黄河源区降水量整体呈增加趋势,降水形态向降雨转变,降雪量减少,平均降雪比呈显著下降趋势(P<0.05),四套数据源的降雪比平均下降速率为0.002 a^(-1)(P<0.05)。降雪比呈显著下降趋势(P<0.05)的格点占比分别为98.31%(ERA5-Land)、96.87%(MSWX)、67.62%(CMFD)。黄河源区中西部降雪比下降速率较快,下降速率最大的地区为玛多、达日等地。三套格点产品中CMFD能够较好地呈现降雪比变化趋势的空间差异,MSWX次之,而ERA5-Land降雪比变化趋势空间变异较小。源区降雪比与年平均气温、降水量相关性较高(P<0.05),相关系数r分别为-0.42和-0.48,亦受到西风的影响(r=-0.31,P=0.07)。研究结果有助于加深气候变暖对黄河源区水文气象过程影响的科学认识,为黄河流域区域水资源管理提供理论支撑。

关键词：黄河源区降水形态湿球温度参数化模型降雪比气候变化

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澜沧江上游极端降水变化特征及未来预估研究

水文 2024年第1期44卷 77-83,89页

作者：陈浩余钟波江鹏张洪波张孟丹河海大学水灾害防御全国重点实验室江苏南京210098 河海大学全球变化与水循环国际合作联合实验室江苏南京210098 昆明理工大学电力工程学院云南昆明650500 江苏省水文水资源勘测局常州分局江苏常州213002

为探究澜沧江上游极端降水变化特征,基于中国区域地面气象要素驱动数据集(CMFD)再分析数据,对第六次国际耦合模拟比较计划(CMIP6)的10个气候模式降水数据进行了极端降水模拟评估,基于年降水总量对CMIP6多模式降水数据进行了偏差纠正,预... 详细信息

为探究澜沧江上游极端降水变化特征,基于中国区域地面气象要素驱动数据集(CMFD)再分析数据,对第六次国际耦合模拟比较计划(CMIP6)的10个气候模式降水数据进行了极端降水模拟评估,基于年降水总量对CMIP6多模式降水数据进行了偏差纠正,预估了未来时期(近期:2020—2049年、远期:2060—2089年)极端降水的变化趋势,并探讨了其趋势变化的驱动因素。结果表明:(1)偏差纠正后CMIP6多模式极端降水指数的不确定性减小,多模式集合平均的模拟效果优于多数单一模式。(2)未来研究区的降水总量增加,年内降水日数增多,降水频率上升。未来近期,研究区各极端降水指数的变化趋势并不明显,极端降水事件呈减少趋势;未来远期,尤其是高辐射强迫下,研究区极端降水的强度和频率都呈现显著的增加趋势。(3)气候变暖导致的空气含水量增加可能是极端降水增强的原因。

关键词： CMIP6 极端降水指数气候变化澜沧江上游

考虑融雪及土壤冻融的新安江模型及其应用——以雅砻江上游径流模拟为例

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水科学进展 2024年

作者：董宁澎王浩余钟波杨明祥张居嘉徐世琴中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室河海大学水灾害防御全国重点实验室 Hydrology Agriculture and Land Observation Laboratory Division of Biological and Environmental Science and Engineering King Abdullah University of Science and Technology

寒区为中国大江大河的主要产流区，其径流预报精度直接影响下游水利工程调度和水资源科学管理。针对传统概念性水文模型较少考虑积雪融雪及土壤冻融过程对径流过程的叠加影响这一问题，以新安江模型为基础，以降水量和气温为驱动数据，... 详细信息

寒区为中国大江大河的主要产流区，其径流预报精度直接影响下游水利工程调度和水资源科学管理。针对传统概念性水文模型较少考虑积雪融雪及土壤冻融过程对径流过程的叠加影响这一问题，以新安江模型为基础，以降水量和气温为驱动数据，提出了基于“等效土壤温度”和“土壤冻融特征曲线”的概念性土壤冻融模块来刻画积雪融雪及土壤冻融共同影响下的流域产流过程，构建了考虑融雪产流和土壤冻融的新安江模型。以雅砻江甘孜水文站以上流域为典型研究区，开展了流域2017—2022年冰雪消融期逐小时的径流模拟分析。结果表明，相比于HBV模型，考虑融雪产流和土壤冻融的模型可以显著提升流域冰雪消融期的水文模拟精度，各年份消融期径流的纳什效率系数中位数由0.69提升至0.83，相关系数中位数由0.88上升至0.92。本研究所提出的考虑融雪及土壤冻融的新安江模型可以为寒区的水文业务预报提供科学支撑。

关键词：寒区融雪产流土壤冻融新安江模型水文预报

基于VIC_glacier模型的拉萨河水文模拟及冰川径流研究

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水文 2024年第1期44卷 90-95,103页

作者：谷黄河刘宇清王晓燕代斌张瀚文付晓雷余钟波河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 河海大学水文水资源学院江苏南京210098 上海勘测设计研究院有限公司上海200335 扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009

拉萨河作为青藏高原南部雅鲁藏布江最大的支流,冰川融水是其径流的重要组成部分。本文基于VIC模型和度日模型构建的VIC_glacier模型,模拟了1990—2010年拉萨河流域径流过程。结果表明:(1)与VIC模型相比,VIC_glacier模型在研究区的径流... 详细信息

拉萨河作为青藏高原南部雅鲁藏布江最大的支流,冰川融水是其径流的重要组成部分。本文基于VIC模型和度日模型构建的VIC_glacier模型,模拟了1990—2010年拉萨河流域径流过程。结果表明:(1)与VIC模型相比,VIC_glacier模型在研究区的径流模拟效果更好,日径流模拟值与观测值的相关系数接近0.8,纳什效率系数在0.75以上;(2)从上游到下游,冰川融水对径流的贡献率分别为21.4%(旁多站)、17.7%(唐加站)、14.5%(拉萨站),呈逐渐减少趋势;(3)冰川径流和非冰川径流年内变化均呈现“单峰型”形态,且在8月份达到峰值;(4)1990—2010年间,年冰川径流量整体呈现上升趋势,与同期气温上升的变化规律一致;年冰川融水对径流的贡献率与年降水量呈反比关系。研究成果可为拉萨河流域的水资源管理提供参考。

关键词： VIC模型度日模型冰川融水拉萨河流域

藏东高原-藏东南高山峡谷过渡区多角度生态系统综合评估——以西藏昌都为例

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地理研究 2023年第7期42卷 1971-1984页

作者：戴雪余钟波河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098 河海大学全球变化与水循环国际合作联合实验室南京210098 河海大学水文水资源学院南京210098

以典型藏东高原与藏东南高山峡谷过渡区——西藏自治区昌都市为研究对象,从生态系统功能性、稳定性及关键生态系统服务角度对其进行生态系统综合评估,并对其关键问题提出针对性的应对策略与建议,以期服务我国青藏高原典型生态系统的保... 详细信息

以典型藏东高原与藏东南高山峡谷过渡区——西藏自治区昌都市为研究对象,从生态系统功能性、稳定性及关键生态系统服务角度对其进行生态系统综合评估,并对其关键问题提出针对性的应对策略与建议,以期服务我国青藏高原典型生态系统的保护工作及西藏生态安全屏障建设的国家战略。研究结果表明:①昌都市生态系统功能指数EFI在东南部三江流域的森林生态系统偏高,而在西南、西北部的冻原、荒漠及草地生态系统偏低;EFI指数区域均值为0.80,75%的区域EFI指数在0.70~0.90间波动。②昌都市生态系统稳定性指数ESI在东南部三江流域偏低,而在西南、西北部偏高;ESI指数的区域均值为0.008,75%的区域ESI指数在0.004~0.013间波动。③2000—2020年间,昌都市生态系统功能性增加而稳定性降低,但两者变化速率均较小且并不显著(p>0.05)。④昌都市生态系统防风固沙、土壤保持、水资源供给及生物多样性维持功能均较高;但在2000—2020年间均有所下降,变化速率依次为防风固沙量-2.23 kg/(m^(2)·a),土壤保持量-0.06 t/(hm^(2)·a)(p<0.01),水资源供给量-5.38 mm/a(p=0.20)。总体而言,小幅增长的生态系统功能、减弱的生态系统稳定性以及关键生态系统服务的降低共同导致了研究区近年来生态系统质量的下降。

关键词：藏东高原-藏东南高山峡谷过渡区生态系统综合评估功能性稳定性关键生态系统服务