多时间尺度HSPF模型参数不确定性研究

模型参数的不确定性是水文模型应用研究领域的重点与难点.本研究以密云水库东北部的潮河流域为例,构建了潮河流域HSPF水文模型,并采用1998~2010年逐月地表径流量数据对模型参数进行校准与验证,并结合GLUE算法分析了模型参数的敏感性和不确定性.结果表明:(1)经过参数调整,HSPF模型径流模拟取得了较好的效果,率定期和验证期的纳什系数分别为0.84和0.55;(2)可将影响HSPF模型的参数分为3类,即全局敏感性参数(LZSN、INFILT、IRC和AGWRC)、局部敏感性参数(UZSN)和不敏感参数(DEEPFR、BASETP、AGWEPT、INTFW和CEPSC);(3)不同敏感性参数间存在复杂的相关关系,参数组合(LZSN与INFILT)、(INFILT与UZSN)和(UZSN与AGWRC)间均呈极显著负相关关系;(LZSN与UZSN)和(UZSN与AGWRC)呈极显著正相关;(4)HSPF模型参数存在大量复杂的"异参同效"现象,证实影响模拟结果优劣的是参数组合而非某一参数值;(5)模型不确定性发现,模型预测的不确定性范围与降雨量密切相关,即降雨量越大,模型预报的不确定性就越大,反之亦然;(6)不同时间尺度下HSPF模型的模拟效果总体较好,但是也存在一定差异性,年尺度、季节尺度和月尺度下不确定性范围分别包含了81.80%、78.70%和80.56%的观测值,即年尺度效果略优于月尺度和季节尺度;该研究结果可为HSPF模型在相似区域应用与参数本土化提供科学参考和借鉴.     

农业气候资源多时间尺度分析——以郑州市小麦玉米为例

小波分析的时域局部变化特征可展现气候序列的精细结构,能够揭示不同时间尺度气候序列所隐含的不同变化规律,是进行时域分析的有力工具。论文以郑州市小麦、玉米生育期间的光热水农业气候资源分析为例,用Morlet小波变换法对其进行多时间尺度变化特征及演变规律分析。结果表明:郑州小麦、玉米生育期间的光热水气候要素具有不同的年际及年代际时间尺度周期变化规律和转换特征;小波变换能很好地揭示农业气候资源变化所包含的周期分量;其气候变化特征与全球气候变化趋势相比,有其一致性,也有其局地特殊性。     

西藏日太阳总辐射估算模型的优化与时间尺度效应

根据2012～2014年拉萨站点的日太阳辐射观测数据,对3种日太阳总辐射估算模型(左大康、Prescoff和王炳忠等提出的估算模型)的估算结果和实际观测结果进行误差检验分析,结果表明:3种模型都通过了显著性检验,其平均绝对误差(MAE)分别为6.17 MJ/(m~2·d)、6.42 MJ/(m~2·d)和12.31 MJ/(m~2·d),均方根误差(RMSE)分别为1.60 MJ/(m~2·d)、1.65 MJ/(m~2·d)和2.78 MJ/(m~2·d),表明利用地理位置信息和日照时数的左大康估算模型对拉萨日太阳总辐射的估算效果优于Prescoff和王炳忠估算模型。利用左大康估算模型分别估算得到2015年拉萨、那曲和葛尔地区的日太阳总辐射值,并进行模型验证。通过分析拉萨1971～2015年的太阳总辐射变化和周期性特征,研究日太阳总辐射估算模型的时间尺度效应。按照11年和四季两种不同的时间尺度,利用线性回归法对日太阳总辐射估算结果和实际观测结果进行误差和相关性分析,得到经验参数a和b的值与时间尺度有一定关系。11年和四季两种时间尺度除夏季以外,其他时间拟合模型的精度均得到了提高。通过线性回归法得出45年的西藏日太阳总辐射优化估算模型,该模型估算日太阳总辐射的误差小于左大康模型,估算精度较高。     

国际马拉松赛期间厦门同期气温诊断分析

利用厦门市长年代气温观测资料(1973-2021年),用趋势分析方法分析了国际马拉松赛期间厦门同期气温变化特征,发现1月多年平均气温呈现缓慢线性增温趋势,而逐日气温呈现明显的小幅波动下降趋势.利用小波分析方法研究了高、低温的多时间尺度变化特征.结果表明,高、低温均具高低频两个振荡周期,且从闭合中心的发展趋势来看,预计2...     

北京地区近300年降水变化的小波分析

利用北京地区1724-2009年降水资料,首先做了趋势分析和突变检验,之后采用Morlet小波函数,对该地区近300 a来降水的年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了该区降水变化的多时间尺度的周期性变化规律,并根据主周期对未来降水变化进行了预测。结果表明,北京地区年降水量有缓慢增大的趋势,但并不显著。1744、1809、1894和1996年为该系列降雨量减少突变点,1777、1870和1948年为降雨量增多突变点。同时北京地区年降水量在其计算时域内各时间尺度分布不均匀,具有明显的局部化特征;年降水存在85~95 a左右时间尺度的周期特征;其次,35~40 a和20~25 a左右时间尺度的周期特征也较明显。降水量在不同时间尺度下偏多、偏少交替变化也各不相同。此外,分析结果显示该地区年降水量具有21 a、35 a和85 a左右的主周期,其中85 a周期为第一主周期;根据年降水的主周期推测,北京地区整个时间序列上的年降水量呈现出偏少-偏多-偏少-偏多-偏少-偏多-偏少的循环交替特征,根据其周期特征,可以推测2009年到2030年左右将一直处于少降水期。     

不同时间尺度气候变化的分维研究

探讨了从一维时间序列中提取气候分维的方法，计算了不同时间尺度气候变化的分数维，并讨论了维数与气候变化的相关系。     

松涛水库流域非点源污染负荷模拟模型

对大尺度非点源污染模型进行时间步长改进,实现溶解态模型日和吸附态模型半月时间尺度的拓展,并选取松涛水库流域为研究对象,应用改进的模型估算该流域2003～2007年的非点源污染负荷,最后结合研究区调查资料对估算结果进行验证.研究结果表明:①流域主要污染类型为溶解态非点源污染,溶解态TN、TP负荷所占比重分别为80.28%和72.03%;②农田TN、TP和NH+4-N负荷分别占负荷总量的45.69%、38.58%和40.56%.是流域非点源污染的重要来源;大牲畜养殖产生的非点源COD负荷占COD总量的63.65%,是流域COD非点源污染的重点控制对象;③农田、农村居民点和畜禽养殖产生的几种污染类型的不同指标(COD、TN、TP、NH+4-N)在时间和空间上均呈现出一定的分布规律,与土地利用、降水变化规律有很强的相关性,年内变化出现5月份和9月份2个峰值,湿季污染负荷量超过干季的4倍;④应用2005年研究区的调查资料验证模型结果和率定模型参数,模型模拟结果优于原模型,相对误差均小于20%,基本满足应用要求.     

南京市不同时间尺度温度变化特征

利用南京市1951～2005年的气温资料,研究了南京市不同时间尺度的气温变化特征。结果表明：1951～2005年,南京市温度的年变化呈现上升趋势,年平均最高温度的上升幅度较年平均最低温度高,温度日较差（DTR）的年平均值为下降趋势,1992年可作为近55a南京地区冷暖期的转折点。温度的季节变化也多数呈现上升趋势,四季的平均气温增暖幅度最大是春季,最小的是夏季;四季的平均最高气温与平均最低气温多数都表现为上升的趋势,只有夏季的平均最高温度表现为下降的趋势。因此,近55a南京市在温度总体呈现上升趋势的情况下,夏季有变凉的趋势。四季的DTR的变化中,只有春季为上升趋势,其余季节都是下降的趋势。极端年份的日平均温度变化趋势基本一致,但各年份的DTR变化趋势却不相同。     

城市土地集约利用潜力的分类与分阶

研究城市土地集约利用潜力的类别与阶次细分,为城市土地集约利用挖潜的具体步骤提供宏观导向。研究结果表明,按照潜力的属性,应将城市土地集约利用潜力分为面积潜力、经济潜力;在时间尺度上,按挖潜程度的难易,城市土地集约利用潜力可分为一阶、二阶、三阶、四阶。城市土地集约利用潜力评价应将潜力测算的结果进行分类分阶,这样才能使城市土地集约挖潜工作落到实处,可操作性更强。     

典型河口主要氮转化过程对盐度响应机制的室内外实验研究

受全球盐水入侵加剧影响,河口区域水环境安全面临巨大的威胁.通过室内水槽控制实验和室外原位微生物培育实验,分别研究盐度作用的不同时间尺度下,不同形态氮（NO₃^-、NH₄⁺和溶解性N₂O）转化及转化过程硝化、反硝化和硝酸异化还原氨（DNRA）功能基因的响应机制.结果表明：①室内实验的NH₄⁺和溶解性N₂O浓度与盐度呈正相关,NO₃^-浓度随盐度上升而降低;室外原位实验的涨潮期,去菌处理组的NH₄⁺和NO₃^-浓度随盐度上升反而下降,溶解性N₂O浓度则随盐度上升呈上升趋势;未去菌处理组和原位对照组的NH₄⁺、NO₃^-和溶解性N₂O浓度均与 盐度呈负相关.②室内外实验表明,盐度在21.6以下时,硝化反应、反硝化反应和DNRA反应均得到增强,高盐度条件下（盐度为34.0）硝化反应抑制作用明显.盐度长期作用下主导功能基因为nxrA、nirK、nirS和nrfA,而短期的主导功能基因为amoA-AOA、amoA-AOB、nirK、nirS和nrfA.本研究通过对水体不同组分氮浓度-功能基因对盐度不同作用时间尺度的响应研究,为河口区域盐水入侵和氮源汇转化机制研究提供技术支撑.