绿色屋顶降雨径流削减效果监测与过程模拟

选择平面、斜面、绿色、滞蓄4种不同形式屋顶,采用"液位计+三角堰"的径流测量方法,开展降雨径流对比监测。结果表明,相比平面与斜面屋顶平均径流系数(分别为0.68和0.84),绿色与滞蓄屋顶平均径流系数分别为0.41和0.43,均明显有所减小,并且数值相差不大,反映出相近的径流总量削减效应。比较分析绿色与滞蓄屋顶降雨径流过程,2类屋顶径流过程接近,产流后水流运动机制相似,均受上部积水水头作用影响,并以孔流(孔隙、孔口)形式出流,可以采用相似的水库概念模型进行简化模拟。根据土壤水饱和下渗理论,考虑到绿色屋顶基质层厚度有限,推导建立了描述绿色屋顶饱和产流后降雨径流过程的基本方程,并应用于模拟绿色屋顶降雨径流过程。结果表明,径流过程计算值与实测值间决定系数值为0.85、Nash-Sutcliffe效率系数值为0.84,初步验证了模型的合理性。研究成果有助于深入认识绿色屋顶对降雨径流的削减效应与出流机制。     

气候变化下河北省宁晋县参考作物蒸散量变化趋势及敏感性分析

【目的】深入分析宁晋县气候变化及其蒸散发的变化,为该区域的作物种植管理和灌溉计划制定提供参考。【方法】根据1981—2018年河北省宁晋县气象站的逐日气象资料,计算了极端气候指数,并利用FAO56Penman-Monteith公式计算了参考作物蒸散量(ET0)。分析了各气象要素、极端气候指数和ET0的变化趋势,并利用敏感性分析找出影响ET0变化的主要气象因子。【结果】1981—2018年河北省宁晋县降水量无明显变化趋势,平均温度呈显著上升趋势,日照时间、相对湿度和风速呈显著下降趋势;极端高温指标呈上升趋势,极端低温指标呈下降趋势,极端降水指标无显著变化。【结论】相对湿度是ET0年均值主要影响因子;夏季对ET0月均值影响最大的气象因素为净辐射,其他季节,相对湿度对其影响最大;风速和辐射的降低不仅抵消了温度升高和相对湿度降低对ET0的正影响,还使得ET0呈下降趋势,但下降趋势不显著。     

气候变化对河北省宁晋县夏玉米产量的影响

利用M-K检验和Sen斜率对河北省宁晋县1982—2018年的气象数据和对应年份的玉米产量数据进行分析,并利用HP滤波法将夏玉米产量分离为气候产量和趋势产量,进而分析气候产量与气候变化的关系,筛选产量变化较大的年份,分析气象因子的变化特征,进而解释夏玉米生产主要的气象影响要素.结果表明:夏玉米种植季总日照时数、相对湿度...     

高寒区多源降水产品精度与水文模拟效果评估——以雅鲁藏布江流域和拉萨河流域为例

卫星降水产品在缺资料地区开展水文气象研究及径流模拟中发挥着至关重要的作用,然而卫星降水产品的精度可能会影响径流模拟效果。采用多种统计指标和VIC水文模型综合评估5种卫星降水产品(CMORPH-BLD、GSMaP＿Gauge、CMFD、MSWEP和PERSIANN-CDR)在雅鲁藏布江流域的精度和拉萨河流域的水文模拟效果。结果表明：(1)CMORPH＿BLD和GSMaP＿Gauge在少雨季存在低估,CMFD在少雨季与观测值具有很好的一致性。MSWEP和PERSIANN-CDR在多雨季和少雨季存在高估。降水量方面,CMORPH-BLD和CMFD均较为接近观测值,其他降水产品存在不同程度的高估。(2)日尺度上,除CMFD外其他卫星降水数据与观测值具有较小的相关性(0.26～0.45),CMORPH-BLD和CMFD和观测值具有较好的一致性,CMFD和MSWEP探测小降水事件(0.1,0.5,1 mm/d)的能力优于GSMaP＿Gauge。各卫星降水产品在探测强降水(2,5,10 mm/d)方面能力不足。日降水2 mm/d的降水阈值为各分类指数的变化点。(3)月尺度上,各降水产品与观测值具有很...     

2001-2015年北京市地下水资源承载力变化特征分析

北京市地下水超采现象严重,由此引发了包括地面沉降等相关环境问题,严重制约了北京市的经济社会发展。本文采用地下水可利用量和用水效率定义了地下水承载力,并结合地下水开采程度（R_G）和经济发展程度的投影图（R_Q）对北京市2001-2015年的地下水资源承载力进行了评价。结果表明：北京市地下水的供水量高于地表水的供水量,地表水和地下水供水量波动幅度较小;北京市农业用水效率和工业用水效率逐年升高,其他行业用水效率除在2014年和2015年出现小幅度降低外,其他年份均处于升高趋势,折算后的综合用水效率也从2001年的97元·m^-3增长到2015年的620元·m^-3;北京市地下水实际承载的GDP从2001年的2 636亿元增长到2014年的11 469亿元,2015年又减少到11 284亿元。以2010年为界限北京市地下水开采程度（R_G）和经济发展程度（R_Q）投影点分别位于Ⅰ区和Ⅱ区内,表明北京市地下水承载力2010年以前处于相对荷载过重的状态,2010年以后荷载状态有所缓解。虽然北京市实际承载的GDP低于理论承载的GDP,但是北京市地下水承载力仍然面临着严峻的挑战,逐步提高地表水使用量和提高用水效率是有效缓解北京市地下水超采的有力举措。     

Application of fuzzy logic-based modeling to improve the performance of the Revised Universal Soil Loss Equation

This paper discusses the application of fuzzy logic-based modeling to improve the performance of the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). An analysis of over 1700 plot-years of data, taken from more than 200 plots at 21 sites in the U.S., showed that soil erosion was not adequately described merely by the multiplication of five RUSLE factor values in all cases. The fuzzy logic-based modeling approach was to make the RUSLE's structure more flexible in describing the relationship between soil erosion and other factors and in dealing with data and model uncertainties without requiring any further information. The approach used in this study consisted of two techniques: multi-objective fuzzy regression (MOFR) and fuzzy rule-based modeling (FRBM). First, MOFR was applied to small subsets of RUSLE factor values to derive the relationship between soil loss and the rainfall erosivity factor within each subset of data. These MOFR models, considered as single fuzzy rules, were in turn linked together in a FRBM framework to form a fuzzy rule set. Then the fuzzy rule set was applied to compute the soil loss prediction corresponding to each combination of RUSLE factors. The model efficiency [Journal of Hydrology (Amsterdam) 10 (1970) 282] of the fuzzy model on a yearly basis was 0.70 while the RUSLE's was 0.58. On an average annual basis, the model efficiency was 0.90 and 0.72 for the fuzzy model and the RUSLE, respectively.     

Soil moisture variability in a semi-arid gully catchment: implications for runoff and erosion control

Spatial patterns in surface soil moisture during dry and wet weather conditions have been recorded over a 3.68 ha gully catchment in central Spain. During dry weather conditions this spatial pattern was characterised by areas of relatively wet and dry soil, forming a mosaic of areas with contrasting hydrological response. Semi-variogram analysis has indicated that these areas are spatially isolated and unconnected, with the effect that surface runoff from source areas within the catchment may be re-absorbed by surrounding areas which act as sinks for overland flow. Consequently during dry weather conditions, variation in the soil's physical and hydrological properties, as reflected by spatial differences in soil moisture, may be advantageous in minimising widespread catchment runoff and erosion, by creating spatial isolation of runoff producing areas and by promoting discontinuity in hydrological pathways. During wet weather conditions, however, extensive saturation, exceeding a catchment wetness threshold, increased spatial continuity in hydrological pathways, regardless of the spatial variation in soil hydraulic properties, resulting in widespread runoff and erosion. Management strategies should therefore aim to raise this wetness threshold value, by improving the soils physical and hydrological properties. The creation of a mosaic pattern of areas with contrasting hydrological response may prove to be an effective management strategy in runoff and erosion control in semi-arid environments.     

Analysis of the water balance and the nitrogen and phosphorus runoff pollution of a paddy field in situ in the Taihu Lake basin

Paddy and Water Environment - Nitrogen (N) and phosphorus (P) runoff loads of paddy fields in situ under conventional water and fertilizer management measures caused severe water pollution in the...     

黄淮海地区冬小麦种植北界时空演变及未来趋势分析

为探索黄淮海地区冬小麦种植北界的变化规律,该文基于黄淮海及周边地区94个气象站1961—2017年逐日气象数据和代表性浓度路径(representative concentration pathways,RCPs)RCP4.5、RCP8.5情景下2011—2100年逐日温度数据,采用5个气候指标对黄淮海地区冬小麦种植北界进行分析。主要结论如下:1961—1970年黄淮海地区冬小麦种植北界主要分布于天津—河北霸州—保定—石家庄—邢台—山西临汾一线;1971—1980年,该线在河北境内北移约65 km,在山西境内北移约40 km;与1971—1980年相比,1981—1990年北界变化较小,仅在河北唐山附近略南移,山西运城附近略北移;与1981—1990年相比,1991—2000年北界变化较大,尤以山西地区为最,将原本的正弦线趋势压缩为平滑抛物线趋势,临汾附近南移,阳城附近北移;相较于1991—2000年,2001—2010年北界略北移;相较于2001—2010年,2011—2017年北界呈南移现象。未来RCP4.5情景下,2011—2040年冬小麦种植北界主要分布在河北乐亭—唐山—北京—河北保定—石家庄—邢台—山西榆社—临汾一线;2041—2070年该线在河北境内北移至秦皇岛,山西境内北移至介休;与2041—2070年相比,2071—2100年北界在河北境内趋于稳定,在山西境内北移至太原北部。RCP8.5情景下,冬小麦种植北界变化较大:2011—2040年北界位于河北秦皇岛—唐山—北京—河北保定—石家庄—山西临汾一线;2041—2070年,该线在河北境内北移至遵化、青龙附近,在山西境内北移至兴县、太原附近;2071—2100年,北界北移至河北承德—丰宁—张家口—怀来—保定—山西原平—五寨—河曲一带。此外,与RCP8.5相比,RCP4.5情景下黄淮海地区冬小麦种植北界变化趋势较小。该研究可为黄淮海地区冬小麦种植敏感性地带适应气候变化提供理论依据和技术支撑。     

基于累积分布函数匹配的多源遥感土壤水分数据连续融合算法

数据融合是解决不同来源遥感数据无法直接对比分析这一瓶颈的有效方法。实时更新的SMOS土壤水分数据(soil moisture and ocean salinity)可开展实时干旱评价(2010年至今),但由于序列短无法开展频率及演变分析。CCI(climate change initiative)土壤水分数据是联合了多种主被动遥感数据合成的长序列数据产品(1979—2013年)。为提高不同来源遥感数据的融合精度,该研究基于累积分布匹配原理构建了多源遥感土壤水分连续融合算法,将SMOS和CCI融合成长序列、近实时的遥感土壤水分数据。经验证分析,累积概率曲线相关性中表征干旱的低值区纳什效率系数由0.52提高到0.99,且融合后土壤水分数据可以较准确地反映当地的干旱事件。该研究提出的多源遥感土壤水分连续融合算法显著提高了现有融合算法的融合精度。