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海风与热岛耦合对上海强对流天气影响的数值模拟

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高原气象 2017年第3期36卷 705-717页

作者：张赟程王晓峰张蕾束炯华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海200241 上海市气象科学研究所上海200030 中国气象局台风数值预报重点实验室上海200030

使用新一代区域中尺度数值天气模式WRF并耦合多层次城市冠层模式(BEP+BEM),采用NCEP GFS 0.25°×0.25°全球模式3 h预报为初始场和边界条件,对2013年9月13日发生在上海地区的午后强对流天气过程进行数值模拟。通过对比耦合了城市冠层... 详细信息

使用新一代区域中尺度数值天气模式WRF并耦合多层次城市冠层模式(BEP+BEM),采用NCEP GFS 0.25°×0.25°全球模式3 h预报为初始场和边界条件,对2013年9月13日发生在上海地区的午后强对流天气过程进行数值模拟。通过对比耦合了城市冠层模块的试验(Ctrl)和替换城市为农田的试验(Crop),探究城市效应对本次降水过程造成影响的机理。通过分析发现:(1)此次降水主要受天气系统支配,但城市的存在对局地的降水过程有重要的调节作用;(2)城市热岛使得城市地区温度升高,气压降低,有力地增强了海风以及城市地区的上升气流,最终影响局地的降水分布和降水强度;(3)城市热岛效应能够使降水较早的发生,并且降水落区更为集中。

关键词：城市效应强对流海陆风下垫面条件

江苏固城湖流域1951—2000年农业非点源氮、磷输移的数值模拟研究

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第四纪研究 2008年第4期28卷 674-682页

作者：黄智华薛滨逄勇河海大学环境科学与工程学院南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008

选择位于长江下游的固城湖流域作为研究区域，基于分布式流域水文模型SWAT,采用数值模拟的手段，反演了1951～2000年流域农业非点源氮、磷的输移规律。模拟结果与实测值的一致性反映了模型的良好模拟能力。比较两个时段的模拟结果发现，... 详细信息

选择位于长江下游的固城湖流域作为研究区域，基于分布式流域水文模型SWAT,采用数值模拟的手段，反演了1951～2000年流域农业非点源氮、磷的输移规律。模拟结果与实测值的一致性反映了模型的良好模拟能力。比较两个时段的模拟结果发现，1981～2000年，流域农业非点源氮、磷年平均浓度和输移量分别为：总氮0．82mg／L和411．88×10^3kg／a，总磷0．084mg／L和43．04×10^3kg／a；远高于1951～1960年的氮、磷年平均浓度和输移量分别为：总氮0．22mg／L和49．55×10^3kg／a，总磷0．036mg／L和7．67×10^3kg／a。模拟主要反映了流域下垫面条件和农作物耕作模式对农业非点源氮、磷浓度及输移量的影响。

关键词：农业非点源 SWAT模型下垫面条件农作物耕作模式固城湖流域

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基于水文模型的缺资料小流域设计洪水研究

河海大学学报(自然科学版) 2023年

作者：吴勇拓李致家戚振亚童睿轩杨子菁黄迎春河海大学水文水资源学院山东电力工程咨询院有限公司福州大学土木工程学院

本文从流域降雨径流物理机制出发，选取不同水文气象分区的四个缺资料小流域，基于暴雨衰减公式进行设计降雨过程计算，结合流域下垫面特征推求模型参数，构建流域水文模型实现设计洪水计算，并将水文模型设计洪水方法结果与推理公式法... 详细信息

本文从流域降雨径流物理机制出发，选取不同水文气象分区的四个缺资料小流域，基于暴雨衰减公式进行设计降雨过程计算，结合流域下垫面特征推求模型参数，构建流域水文模型实现设计洪水计算，并将水文模型设计洪水方法结果与推理公式法进行比较。结果表明：（1）水文模型方法得到的设计洪水与推理公式法相似（洪峰、洪量相对误差均不超过30%）；（2）推理公式法基于流域产流能力均匀和等流时面积两个假定进行设计洪水推求，对下渗能力时变性和下垫面复杂性考虑不足；（3）水文模型考虑了参数时空变化对产汇流过程的影响，提升复杂情况下设计洪水计算的可靠性。

关键词：水文模型推理公式法资料匮乏区气象分区下垫面条件

气象干旱-水文干旱传播过程特征及其影响因素--以贵州黔中水利工程区为例

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水土保持学报 2022年第1期36卷 142-152页

作者：张浪贺中华杨铭珂游漫皮贵宁贵州师范大学地理与环境科学学院贵阳550001 贵州师范大学国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心贵阳550001 贵州省山地资源与环境遥感应用重点实验室贵阳550001

为探究喀斯特区域气象干旱向水文干旱传播过程特征,使用SPI与SRI标准化指数识别区域干旱,采用交叉小波、小波相干、状态转移概率等方法探讨传播强度、响应率等干旱传播特征。结果表明:(1)上世纪60 s和70 s气象干旱、水文干旱的干旱持续... 详细信息

为探究喀斯特区域气象干旱向水文干旱传播过程特征,使用SPI与SRI标准化指数识别区域干旱,采用交叉小波、小波相干、状态转移概率等方法探讨传播强度、响应率等干旱传播特征。结果表明:(1)上世纪60 s和70 s气象干旱、水文干旱的干旱持续时间较短,而80 s与21世纪初期区域干旱持续时间较长;SPI与SRI间呈显著的正相关关系,气象干旱向水文干旱传播的过程需要1.5个月。(2)喀斯特区域的干旱传播强度DPI>1,且响应率偏高,水文干旱对气象干旱的发生极为敏感,尤其是在地表切割深度较浅、岩溶发育较为强烈的区域。(3)传播过程主要受地表切割深度的影响较大,各下垫面条件对干旱传播过程的影响程度依次为地表切割深度>岩溶发育强度>高程>地形地貌,其中,干旱传播特征与地表切割深度呈显著的负相关,与岩溶发育强度、高程、地形地貌呈正相关;在浅切割、中等切割或海拔较低、岩溶发育强烈的区域,各等级间的DPI、Rr的转移较为活跃,整体上传播特征在57年间呈增强的趋势。研究结果旨在为区域干旱防治与监测提供理论依据,尤其是为喀斯特生态环境脆弱区的可持续发展规划提供理论参考。

关键词：传播强度响应率下垫面条件气象干旱水文干旱

基于排列熵的城市化区域地下水系统复杂性测度

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节水灌溉 2017年第6期 50-54页

作者：张永嘉刘东东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 农业部农业水资源提高利用重点实验室哈尔滨150030 黑龙江省粮食产能提升协同创新中心哈尔滨150030 黑龙江省普通高校节水农业重点实验室哈尔滨150030

以黑龙江省哈尔滨市为例,运用排列熵(PE)测度了该地区10个区域6年(2008-2013年)逐日地下水埋深序列的复杂性特征,并分析了下垫面条件对地下水水文系统的影响。结果表明:巴彦、宾县、依兰三个区域地下水埋深序列复杂性为Ⅰ级,说明这3个... 详细信息

以黑龙江省哈尔滨市为例,运用排列熵(PE)测度了该地区10个区域6年(2008-2013年)逐日地下水埋深序列的复杂性特征,并分析了下垫面条件对地下水水文系统的影响。结果表明:巴彦、宾县、依兰三个区域地下水埋深序列复杂性为Ⅰ级,说明这3个区域的预测难度大;市区、方正、尚志、通河、延寿5个区域地下水埋深序列复杂性为Ⅱ级,说明这5个区域的预测难度一般;木兰、五常两个区域地下水埋深序列复杂性为Ⅲ级,说明这两个区域的预测较为简单。通过将山地地形面积比例、水域比例与地下水埋深序列之间的相关分析,可知二者对地下水水文系统复杂性有重要影响。研究揭示了区域地下水埋深序列复杂性空间分布并分析可能影响的因素,为今后水文系统复杂性测度研究提供了新思路。

关键词：地下水埋深序列复杂性排列熵下垫面条件

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黄河源区径流量演变成因分析

人民黄河 2013年第8期35卷 22-24页

作者：张越付永锋侯保俭华北水利水电大学河南郑州450011 黄河勘测规划设计有限公司河南郑州450003

从气温、降水、下垫面条件等方面对黄河源区20世纪90年代以来径流量减少及其成因进行了分析。结果表明:①降水量变化是影响黄河源区径流量变化的主要因素之一,径流量的大小不仅与当年降水量大小有关,还受前一年降水丰枯的影响;②下垫面... 详细信息

从气温、降水、下垫面条件等方面对黄河源区20世纪90年代以来径流量减少及其成因进行了分析。结果表明:①降水量变化是影响黄河源区径流量变化的主要因素之一,径流量的大小不仅与当年降水量大小有关,还受前一年降水丰枯的影响;②下垫面条件的变化对丰水年径流量影响不大,但对降水偏枯或平水年份的径流量影响明显;③黄河源区径流量减少是下垫面蒸散发能力增强、下渗量增大和降水量减少共同作用的结果。

关键词：气温降水下垫面条件演变径流量黄河源区

基于HEC-HMS模型的半干旱黄土沟壑区小流域设计洪水研究

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基于HEC-HMS模型的半干旱黄土沟壑区小流域设计洪水研究

作者：杨欢兰州大学

学位级别：硕士

设计洪水研究一直以来在河道工程规划与山洪灾害防治中扮演着重要的角色,合理的设计洪水计算对于平衡工程建设安全和降低项目投资具有重要意义。特别是在我国半干旱黄土沟壑区,资料的匮乏、人类活动的加剧使得该类区域的设计洪水计算存... 详细信息

设计洪水研究一直以来在河道工程规划与山洪灾害防治中扮演着重要的角色,合理的设计洪水计算对于平衡工程建设安全和降低项目投资具有重要意义。特别是在我国半干旱黄土沟壑区,资料的匮乏、人类活动的加剧使得该类区域的设计洪水计算存在很多不确定因素,此外传统设计洪水计算方法,大多都忽略了流域下垫面情况,默认全流域下渗,这在一定程度上削弱了洪峰流量,给工程规划建设带来了一些隐患。因此论文以甘肃省半干旱黄土沟壑区的小流域大砂沟为研究区,制定两组情景(不考虑流域下垫面和考虑流域下垫面)分别利用HEC—HMS水文模型进行模拟计算,一方面检验HEC—HMS水文模型在半干旱黄土沟壑区的适用性,从而解决传统设计洪水计算方法的不足;另一方面研究径流洪峰流量对流域下垫面变化的响应。主要成果如下:(1)根据模型参数需求和各模块计算方法的适用性,产流计算模块选择初损稳渗法;直接径流计算模块选择运动波法;河道洪水汇流计算模块选择马斯京根康吉法;降雨计算模块选择频率暴雨法。基于这些模块的耦合,HEC—HMS水文模型能够较好的应用在半干旱黄土沟壑无资料地区。(2)频率暴雨法自带的折减系数是由美国国家气象局根据长期气象数据观测,并结合美国不同流域面积对应不同小时的平均点、面降雨量推导而来,其值和研究区实际值存在一定的差距。因此,本次研究针对1小时、3小时、6小时、24小时的点降雨量分别引入0.948,0.888,0.867,0.846进行修正,以减小其带来的误差。(3)通过对比分析在不考虑流域下垫面情况下模型与瞬时单位线法和推理公式法计算的结果,得到:HEC—HMS水文模型计算的不同设计频率(P=1%、2%、5%、10%、20%)结果与瞬时单位线法的相对误差分别为:1.0%、6.7%、11.4%、15.0%、6.8%;与推理公式法的相对误差分别为16.8%、8.7%、2.8%、2.9%、8.1%。HEC—HMS水文模型与二者的相对误差均小于20%且平均相对误差均小于10%,在误差允许范围内。这表明HEC—HMS水文模型计算的设计洪水结果是可靠的,也说明该模型在半干旱黄土沟壑区具有很好的适用性。(4)考虑流域下垫面条件,引入不同年份不透水区域面积参数。结果表明HEC—HMS水文模型计算的不同设计频率结果比不考虑下垫面的值要大,且随着流域不透水区面积的增加,径流洪峰流量呈增长趋势,这表明小流域径流洪峰流量对流域下垫面变化的响应比较明显。考虑流域下垫面条件的计算成果能够更加真实的再现半干旱黄土沟壑地区小流域的实际洪水现状,其成果对于区域防洪规划和检验当前已建工程是否存在风险具有很强的应用价值。

关键词：半干旱区 HEC—HMS模型设计洪水无资料地区下垫面条件

城市效应对上海地区夏季午后强对流天气的影响研究

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城市效应对上海地区夏季午后强对流天气的影响研究

作者：张赟程华东师范大学

学位级别：硕士

近年来,强降水引起的城市内涝灾害事件常有发生。这不仅使人民的财产受到损失,更有人员伤亡事件发生。城市化与强降水一时成为人们热议的话题。为此,本文对上海地区近10年的小时降水观测资料进行分析,探究夏季午后短时强降水时空分布特... 详细信息

近年来,强降水引起的城市内涝灾害事件常有发生。这不仅使人民的财产受到损失,更有人员伤亡事件发生。城市化与强降水一时成为人们热议的话题。为此,本文对上海地区近10年的小时降水观测资料进行分析,探究夏季午后短时强降水时空分布特征,并思考其与城市的关系。在此基础上,分析了2013年9月13日发生在上海地区的午后强对流降水个例,进一步探究城市对夏季午后强降水的影响。最后,采取数值模拟方式,对比了WRF模式中三种城市陆面模拟方法对9月13日降水过程的模拟效果,用以确定控制实验。并且设计了有无城市两个对比试验用以解释城市效应影响强降水发生发展的机理。本文主要结论如下：1)近10年来上海地区夏季午后短时强降水的时空分布特征如下：时间分布上,短时强降水事件主要受太阳辐射和大气环流形势影响,高发期集中在每年的6-9月份,并且易于发生在午后14-18时之间。空间分布上,城市化对上海地区夏季午后短时强降水有一定影响。城市化程度越高,强降水发生的概率也越大。2)城市对2013年9月13日发生在上海地区午后强对流降水有动力与热力两方面的作用。通过分析可以知道,阵风锋西段在经过城市地区时有明显的减速现象。同时,城市的热力作用使得局地层结更加趋于不稳定,在有利条件下容易形成强对流天气。3)通过对比控制试验CTRL试验和将城市替换为农田的CROP试验可以了解,降水的形成主要取决于大环境影响。但是城市热岛的存在改变了城市地区的热力状况,增强了海风的辐合以及城市地区底层的上升运动,使得降水更早的发生。相比均一的下垫面状况,城市的存在使得上升区更为集中,降水中心更为明显。

关键词：城市效应强对流下垫面条件海陆风城市冠层模式

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基于SWAT模型的涪江流域面源污染研究

基于SWAT模型的涪江流域面源污染研究

作者：冉宁武汉大学

学位级别：硕士

本研究以涪江流域为对象,针对流域降雨和下垫面条件对面源负荷及其不确定性的影响机理,水文过程对河道面源通量及河道衰减过程的影响机理开展研究。选择氨氮(NH3),总氮(TN),总磷(TP)和高锰酸盐指数(IMn)等四种污染物为对象,系统地调查... 详细信息

本研究以涪江流域为对象,针对流域降雨和下垫面条件对面源负荷及其不确定性的影响机理,水文过程对河道面源通量及河道衰减过程的影响机理开展研究。选择氨氮(NH3),总氮(TN),总磷(TP)和高锰酸盐指数(IMn)等四种污染物为对象,系统地调查统计涪江流域内污染物排放现状,确定流域点、面源源强负荷。基于ArcGIS实现流域下垫面DEM、土壤分布和土地利用等基础信息、气象条件以及源强的展布,构建SWAT模型,并基于流域内水文和水质自动监测站实测数据进行参数率定,验证模型有效性。基于Sobol敏感性方法分析多因子综合作用下污染物排放源强、径流条件,以及土壤本底条件对面源污染负荷的影响。通过SWAT模型计算流量和污染物通量,以此为基础研究降雨条件变化下面源通量的变化规律,分析不同水文期以及不同水文年,降雨过程变化对面源污染负荷的影响;分析不同水文条件下流域污染均衡特性和面源污染负荷在水环境容量中的贡献率,以及面源通量组成的变化规律;基于信息熵和复杂性测度分析气象变化条件下面源污染负荷不确定性的变化规律;提出下垫面风险识别因子及源强因子,分析下垫面条件对面源污染负荷及其不确定性的影响。研究结果表明:流域面源污染负荷对于水体污染贡献率显著,河道中面源污染负荷组成结构与排放源结构存在一定差异。TN排放源强中面源占79%,面源TN中畜禽养殖业排放源强占68%,农村生活及农田化肥分别占15%以及17%。面源TN对河道断面通量的贡献率为85%,其中畜禽养殖、农村生活及农田化肥对河道面源通量的贡献率分别是50.8%、27.5%、21.7%,对比排放源强贡献率,河道中面源贡献率增大,畜禽养殖业贡献率减小,而农村生活及农田化肥贡献率增大。TP排放源强中78%来源于面源,其中畜禽养殖业污染物排放占面源排放源强的77%,农村生活及农田化肥分别占16%以及7%。面源TP对河道断面通量的贡献率为83%,其中畜禽养殖、农村生活及农田化肥负荷对断面面源通量的贡献率分别为30%、17%以及53%,对比TP排放源强结构,农田化肥TP对断面面源通量的影响增大。氨氮源强排放中面源占70%,畜禽养殖、农村生活及农田化肥分别占面源源强的55%、26%、19%。IMn面源源强占70%,其中畜禽养殖及农村生活排放分别占85%与15%。对比污染物排放源强分析发现,农田化肥对河道面源通量的贡献率均有所增大。丰、枯水期TP及IMn面源通量在水环境容量中的占比具有明显差异,丰水期TP面源通量在水环境容量中的占比为44.4%,平水期为22.9%,枯水期为5.7%;IMn丰水期占比24%,平水期为18.65%,枯水期为6.1%,不同水文期NH3面源通量在水环境容量中的占比差距不大,丰水期、平水期及枯水期分别为13.3%、14.5%以及11.4%。面源污染负荷随汇流区下垫面条件变化具有显著差异,不确定性分析表明:不同情况下,面源负荷的不确定性受下垫面主导因子影响显著,TN及IMn更大程度上受下垫面源强变化影响,TP及NH3受土壤本底浓度及下垫面径流因子影响更显著。降雨是面源污染负荷的直接驱动,改变降雨条件,面源污染负荷的不确定性发生显著变化。计算结果表明水文流量过程的不确定性以及复杂性显著地小于面源污染负荷的不确定性,TP及IMn的不确定性参数及复杂性参数变化幅度显著超过NH3和TN。对于涪江流域,降雨量小于1050mm情况下,随着降雨的增大,面源污染负荷的涨落复杂度显著增大,熵及平均信息增量均减小,面源污染负荷的不确定性显著降低,使得面源污染负荷的可预测性增大。降雨量大于1050mm后,面源负荷不确定性变化情况出现相反趋势,降雨量越大,不确定性及复杂性逐渐增大,不利于对面源污染负荷预测。深入分析,不同降雨量条件下,影响断面面源通量的因素发生了变化:降雨小于临界值的条件下,面源负荷入河过程主要受不同下垫面降雨产流及对面源污染物的启动状态影响,影响因子少,不确定性小,对降雨变化敏感性大;而降雨量超临界值后更多受流域内下垫面分布、降雨过程、不同面源污染物的来源以及迁移过程的影响,更多是流域宏观自然状态变化,影响因子数增多,不确定性增大,对降雨变化的敏感性降低。

关键词：涪江流域面源污染污染均衡分析不确定性分析面源污染负荷组成贡献率下垫面条件