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基于多因子多模式集成的中长期径流预测模型

水科学进展 2024年第3期35卷 408-419页

作者：陈娟徐琦曹端祥李国智钟平安河海大学水文水资源学院江苏南京210029

提高中长期径流预测精度对于水资源调度等具有重要意义和应用价值。基于国家气候中心的130项气候因子,采用皮尔逊相关系数、最大信息系数、方差增量指标筛选主要预测因子,建立基于DS(Dempster-Shafer)证据理论的多因子综合方法;采用随... 详细信息

提高中长期径流预测精度对于水资源调度等具有重要意义和应用价值。基于国家气候中心的130项气候因子,采用皮尔逊相关系数、最大信息系数、方差增量指标筛选主要预测因子,建立基于DS(Dempster-Shafer)证据理论的多因子综合方法;采用随机森林、BP神经网络和贝叶斯网络等建立基于水文-气象因子遥相关的中长期径流预测模型,构建基于DS证据理论的预测结果集成模型。以三峡水库为对象开展实例研究,结果表明:引入遥相关因子能有效提高预测精度;基于DS证据理论的多因子综合方法能筛选出综合性更强、稳定性更优的因子,弥补单一筛选方法的不足;基于DS证据理论的多因子多模式集成方法在径流预测精度上优于单一方法单一模型,确定性系数提高到0.823,平均相对误差降低到23.2%。

关键词：中长期径流预测 DS证据理论随机森林贝叶斯网络 BP神经网络遥相关

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避免异参同效的抽水井表皮层溶质运移方程推导

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地球科学进展 2024年第3期39卷 292-303页

作者：蒯沐钦黄璟胜童晨晨王晨肖烨熙河海大学水文水资源学院江苏南京210098

抽水井表皮层溶质运移控制方程受到异参同效的影响,存在参数估计的多解性问题。提出一个新的抽水井表皮层溶质运移方程(新瞬态Robin边界条件),并以径向收敛示踪试验为例构建其溶质运移模型。当抽水井为完整井时,通过拉普拉斯变换和有限... 详细信息

抽水井表皮层溶质运移控制方程受到异参同效的影响,存在参数估计的多解性问题。提出一个新的抽水井表皮层溶质运移方程(新瞬态Robin边界条件),并以径向收敛示踪试验为例构建其溶质运移模型。当抽水井为完整井时,通过拉普拉斯变换和有限傅立叶余弦变换得到模型的解析解;当抽水井为非完整井时,应用有限元法构建数值解。结果表明,表皮层溶质运移控制方程导致所估计的表皮层宽度(w)和形成层垂向弥散度(α_(z))是在0.5 m≤w≤1.0 m和0.08 m≤α_(z)≤0.10 m范围内的任意组合,偏离实际值。反之,当表皮层佩克莱数(w和表皮层径向弥散度的比值)小于1时,新瞬态Robin边界条件能够准确反映表皮层的影响,消除w与αz的多解性。参数估计值(w=0.31 m、α_(z)=0.17 m)唯一,接近实际值。新模型已成功用于野外试验。

关键词：径向收敛示踪试验异参同效瞬态Robin边界条件解析解有限元解

基于Sentinel-1和Sentinel-2影像的洪泽湖国家湿地公园水生植被信息提取

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南京林业大学学报（自然科学版） 2024年第2期48卷 19-26页

作者：韩森阮仁宗傅巧妮许捍卫衡雪彪河海大学水文水资源学院江苏南京210098

【目的】探索利用光学遥感和雷达遥感数据进行湖泊湿地水生植被信息提取方法。【方法】以洪泽湖国家湿地公园为研究区,基于Sentinel-1的SAR影像和Sentinel-2的MSI影像,利用面向对象影像分析技术,结合EVSI、NDVI、SR特征指数和对象之间... 详细信息

【目的】探索利用光学遥感和雷达遥感数据进行湖泊湿地水生植被信息提取方法。【方法】以洪泽湖国家湿地公园为研究区,基于Sentinel-1的SAR影像和Sentinel-2的MSI影像,利用面向对象影像分析技术,结合EVSI、NDVI、SR特征指数和对象之间的上下文特征,以及挺水植被高度的差异所对应SAR影像上的后向散射系数,在对象级的基础上建立决策树模型对湿地水生植被进行分类,分析洪泽湖国家湿地公园水生植被以及挺水植被的分布状况。【结果】研究区水生植被类群分类精度为89%,Kappa系数为0.85;挺水植被种群分类精度为85.2%,Kappa系数为0.76。与基于像元分析方法的结果相比,面向对象的影像分析方法具有更高的精度;湿地水生植被以沉水植被和挺水植被为主,其中挺水植被中以荷叶和芦苇为主。【结论】本研究提出的湖泊湿地水生植被信息提取方法具可行性,可为湿地管理与决策提供科学依据。

关键词：水生植被 Sentinel-1 Sentinel-2 决策树植被特征指数后向散射系数洪泽湖国家湿地公园

基于集成学习的近实时FY-4A反演降水快速订正方法

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遥感学报 2024年第3期28卷 677-688页

作者：吕毅雍斌沈哲辉李季梅俊河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098 河海大学水文水资源学院南京210098

卫星遥感反演是大范围快速获取近实时高分辨率降水信息的重要途径。2016年成功发射的风云四号卫星(FY-4A)是中国自主研发的新一代地球静止轨道定量遥感气象卫星,由FY-4A反演的中国区域近实时降水产品(FY-4A REGC)为天气监测、水文预报... 详细信息

卫星遥感反演是大范围快速获取近实时高分辨率降水信息的重要途径。2016年成功发射的风云四号卫星(FY-4A)是中国自主研发的新一代地球静止轨道定量遥感气象卫星,由FY-4A反演的中国区域近实时降水产品(FY-4A REGC)为天气监测、水文预报、气候分析等研究提供了高分辨率的近实时降水数据,但其精度与全球卫星降水观测计划的对标产品(IMERG-Early)仍有差距,降水反演的核心订正算法亟待改进与提高。本研究针对中国内地区域,设定FY-4A REGC和IMERG-Early为模型输入和训练标定,采用最新的集成学习方法(LightGBM)动态构建了一种快速订正高分辨率FY-4A降水产品的新方法。以国家气象信息中心发布的气象地面自动站观测数据(CMPA)作为地面参考,将订正后的FY-4A降水产品(FY-4A Adj)与原始FY-4A REGC进行对比,结果表明新产品FY-4A Adj的相关系数、均方根系误差、相对误差等均有明显改善,而且订正算法有效地降低了原始FY-4A REGC数据对中国东南部区域降水的显著高估。综上,本文提出的基于集成学习的订正算法能够快速、有效地提高近实时风云降水数据FY-4A REGC的综合性能,为生产高精度高分辨率的国产卫星反演降水产品提供了新方法。

关键词：遥感风云卫星 FY-4A 集成学习近实时降水降水订正

基于分布式水文水动力耦合模型的秦淮河流域洪水模拟

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河海大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王雨洁李致家姚成牛颢然河海大学水文水资源学院

秦淮河流域位于长江下游南京段南岸，上游主要为山地，下游为感潮河段，受上游洪水及下游潮位、闸坝调度影响，导致该区域水力状况复杂。以往研究通常依赖于单一水文模型和一维河道模型，这种方法在模拟复杂洪水动态过程时存在局限性。... 详细信息

秦淮河流域位于长江下游南京段南岸，上游主要为山地，下游为感潮河段，受上游洪水及下游潮位、闸坝调度影响，导致该区域水力状况复杂。以往研究通常依赖于单一水文模型和一维河道模型，这种方法在模拟复杂洪水动态过程时存在局限性。为了更准确地模拟洪水演进情况，开创性地在秦淮河构建分布式水文模型与一维、二维水动力模型耦合模型。上游采用网格新安江模型，下游则结合一维与二维水动力模型模拟复杂水流动态，在河道采用一维模型，在主要城区引入二维模型进行大尺度、高分辨率淹没模拟。采用松散耦合方法，将水文过程与一二维水动力过程集成，形成全流域模型。研究结果显示，所建立模型对2015年至2020年五场洪水的模拟平均确定性系数达93.38%，显示出高精度与可靠性。针对20200713号洪水，模拟了下游南京市城区的淹没情况，为秦淮河陆域的防洪工作与城市抗洪排涝体系建设提供了的重要参考。

关键词：秦淮河流域水文水动力耦合模型洪水淹没模拟网格新安江模型

两种沉水植物对聚乳酸微塑料胁迫的生长和生理响应

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环境科学学报 2024年

作者：陆灿姜翠玲冯亚坤蒋雷孙磊河海大学水文水资源学院

为揭示可生物降解微塑料对不同沉水植物产生的生理生化影响,选择聚乳酸微塑料（PLA-MPs）为供试材料,以轮叶黑藻和苦草为供试沉水植物,深入探究不同暴露浓度下(5、20、50、100 mg·L-1)PLA-MPs对两种沉水植物株高、生物量、叶绿素含量... 详细信息

为揭示可生物降解微塑料对不同沉水植物产生的生理生化影响,选择聚乳酸微塑料（PLA-MPs）为供试材料,以轮叶黑藻和苦草为供试沉水植物,深入探究不同暴露浓度下(5、20、50、100 mg·L-1)PLA-MPs对两种沉水植物株高、生物量、叶绿素含量和抗氧化酶活性方面的影响及其差异.结果表明:PLA-MPs对轮叶黑藻和苦草的鲜重、叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素含量存在抑制作用,且100mg·L-1PLA-MPs的抑制作用更显著.PLA-MPs显著影响两种沉水植物的抗氧化酶系统,两种沉水植物过氧化物酶（POD）活性和轮叶黑藻超氧化物歧化酶（SOD）活性在5 mg·L-1PLA-MPs胁迫下表现出激活效应;当浓度增加到20 mg·L-1时二者抗氧化酶活性开始降低.PLA-MPs在100 mg·L-1浓度下对两种植物产生的生理生化影响最显著.苦草抗氧化系统对高浓度PLA-MPs的响应能力强于轮叶黑藻,推测苦草更能适应PLA-MPs污染水域.

关键词：微塑料沉水植物生理响应叶绿素抗氧化酶

不同误差校正方法在衢江流域洪水预报的应用研究

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河海大学学报(自然科学版) 2024年

作者：杨雨蒙石朋瞿思敏吴洪石孙逸群樊鑫洋河海大学水文水资源学院

以钱塘江衢江流域为研究对象，采用新安江模型进行洪水过程模拟，基于Nash效率系数（NSE）、洪峰相对误差（RE）、峰现时间误差（△T）等指标分别评估了实时校正量法、反馈模拟实时校正法、误差自回归（AR）、随机森林（RF）、K最邻近... 详细信息

以钱塘江衢江流域为研究对象，采用新安江模型进行洪水过程模拟，基于Nash效率系数（NSE）、洪峰相对误差（RE）、峰现时间误差（△T）等指标分别评估了实时校正量法、反馈模拟实时校正法、误差自回归（AR）、随机森林（RF）、K最邻近算法（KNN）和人工神经网络（ANN）共六种实时校正方法对研究区洪水预报结果的校正效果。结果表明：六种校正方法均能减少洪峰相对误差，其中，随机森林最优，实时校正量法和反馈法次之；对于Nash效率系数而言，ANN和AR表现较好，在起始预报时刻距离洪峰较远时，ANN的效果更好；对于峰现时间而言，随机森林的校正效果最好，其次是ANN；各方法综合比较而言，ANN的表现最好，可以在一定程度上提高洪水预报的精度，为研究区域的防洪减灾等工作提供一定的参考价值。

关键词：洪水预报实时校正误差自回归反馈模拟实时校正法机器学习新安江模型

多源多层土壤湿度实时同化及在实时洪水预报中的应用

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水科学进展 2024年

作者：李巧玲刘兴文李致家黎洪德河海大学水文水资源学院

准确获取流域土壤湿度(MS)的初始值及过程状态，对提高实时洪水预报精度具有重要意义和实用价值。从新安江模型参数的物理意义出发，基于站点墒情数据和CLDAS土壤湿度数据构建点面转换模型（WKNN），将点面转换后的实时面尺度MS作为观... 详细信息

准确获取流域土壤湿度(MS)的初始值及过程状态，对提高实时洪水预报精度具有重要意义和实用价值。从新安江模型参数的物理意义出发，基于站点墒情数据和CLDAS土壤湿度数据构建点面转换模型（WKNN），将点面转换后的实时面尺度MS作为观测数据，采用集合卡尔曼滤波法同化新安江模型预报的MS过程，在五强溪区间流域进行实时洪水预报应用。结果表明：WKNN作为点面转换工具，能够捕捉不同土层MS的点面关系，具有较好的适用性；较不同化模式，多层MS同化后的平均径流深相对误差下降了12.67%，平均确定性系数提高了41.82%；MS的实时同化可以显著降低汛初期洪水的预报误差，提高洪水预报精度，且多层同化较单一层同化效果更优。

关键词：土壤湿度多源数据概念性水文模型多层同化实时洪水预报

黄河流域未来气象水文干旱传播的气候变化响应研究

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河海大学学报(自然科学版) 2024年

作者：谢灵枫杨肖丽吴凡叶周兵罗定河海大学水文水资源学院

黄河流域水资源供需矛盾突出，干旱灾害频发，造成了巨大的经济损失，亟需厘清干旱特征及其传播过程，为干旱预警提供指导作用。本文基于VIC模型模拟了黄河流域历史时期（1961-2014年）与未来时期（2015-2100年）的水文过程，构建了基... 详细信息

黄河流域水资源供需矛盾突出，干旱灾害频发，造成了巨大的经济损失，亟需厘清干旱特征及其传播过程，为干旱预警提供指导作用。本文基于VIC模型模拟了黄河流域历史时期（1961-2014年）与未来时期（2015-2100年）的水文过程，构建了基于干旱事件匹配的干旱强度传播指数与干旱历时传播指数，预估未来时期黄河流域干旱特征传播较历史时期的变化。结果表明：①气候变化使黄河流域干旱传播时间多有缩短；②未来情景下气象干旱传播率与水文干旱敏感性较历史时期更高，气象干旱更容易向水文干旱传播；③未来时期干旱强度传播的强度基本保持不变；④ 未来时期干旱历时传播的强度将大幅下降。

关键词：气象干旱水文干旱干旱传播黄河流域 VIC模型干旱特征