WXGEN天气发生器在长江上游地区的适用性评价

WXGEN天气发生器是SWAT分布式流域水文模型的组成模块之一,用于模型预测预报以及天气数据缺测时生成模拟天气数据。以长江上游5个典型国家气象站40 a的日观测数据为基础,分析评价了WXGEN天气发生器在该地区模拟的日和月气象参数的精度。结果表明,WXGEN天气发生器在长江上游5个典型气象站模拟精度基本一致;模拟的日天气数据误差较大;模拟的月天气数据效果好于日天气数据,WXGEN天气发生器能较好地拟合月天气数据的分布,更适合于长江上游地区月气象参数的模拟,但WXGEN模拟的月天气数据误差具有较强的季节规律性,月降雨量和气温的模拟值较实际值偏低,而太阳辐射量模拟值却较实际值偏高。     

CLIGEN天气发生器在黄河流域的适应性研究

根据年降水及其年内分布特征在全美范围内选择参照站的基础上,用黄河流域3个气象站30年降水和气温的月平均资料,对CLIGEN天气发生器在黄河流域的适应性进行了检验。结果表明利用参证站、通过月资料的输入,CLIGEN可以较好地模拟年降水、降水的月分布、最高温度和最低温度,模拟值的标准差普遍低于实际值的标准差,参照站的气候特征对模拟结果有显著影响,因此,在参证站选择时应综合考虑多个气象参数。     

CLIGEN在华北地区生成降水的效能评估

为了检验天气发生器CLIGEN在华北地区生成降水的有效性,应用该区15个气象站1951-2008年的日气象观测资料和CLIGEN生成的150a日气象数据,对CLIGEN再现该区降水的效能进行了评估。结果表明:CLIGEN很好地再现了年和日降水量的均值和降水日数,但对降水极值的模拟精度不高,年和日最大降水量的平均相对偏差均大于均值的平均相对偏差。非参数检验的结果表明,CLIGEN能很好地生成年降水量的概率分布,且对日降水的概率分布也有较高的生成精度。总体来看,CLIGEN模型在华北地区能很好地再现年、日降水量平均值统计特征,并较好地再现了降水的变率。     

CLIGEN降水要素在黄土塬区的适应性评估

 CLIGEN是目前较全面产生降水要素(降水量、历时、达到最大降水强度的时间与降水总历时的比率、最大降水强度与平均降水强度的比率)的天气发生器,其生成降水要素的质量直接影响水文和农业响应模型的输出结果。利用黄土高原长武1957—2001年的日气象观测数据、王东沟流域1988—2001年的降水要素数据和CLIGEN生成的100年日气象数据,对CLIGEN模型产生日、月、年降水量的均值和方差、概率分布、降水极端值和降水历时、强度进行评估。结果表明:CLIGEN对日、月和年降水量均值的模拟效果较好,相对误差都不大于1.0%;对标准差的模拟结果偏低,相对误差的绝对值小于6.6%;没有模拟出日降水量的概率分布,但是较好地模拟出了月和年降水量的概率分布;对日、月和年最大降水量的模拟误差较大,表明CLIGEN对极值的模拟精度有待提高。CLIGEN很好地模拟出连续降水的频率,但是连续干旱天数在20d以内的累积频率的平均相对误差为8.9%;CLIGEN产生的最大降水强度与平均降水强度的比率高于实测数据;相对于实测数据,CLIGEN模拟的降水历时和降水量具有相同的趋势,对小降水量或短历时的模拟结果偏高,对大降水量或长历时的模拟结果偏低。     

WGDWS天气发生器在中国五大气候区的适用性

为了检验基于干湿期的天气发生器（Weather Generator based on Dry and Wet Spells,WGDWS）在中国不同气候区的应用效果,该研究利用中国五大主要气候区16 个站点57 a的逐日天气数据,通过对比生成与实测气象要素统计值,及比较WGDWS与随机天气模拟器（Daily Weather Stochastic Simulator,DWSS）生成的气象要素统计值,测试 WGDWS 的可用性和准确性。显著性检验表明,WGDWS产生的每个气象要素的月值和干湿期长度与实测值相比没有显著差异。月最高、最低气温绝对误差≤0.5 ℃的站点比例分别达93.8%和96.4%,月降水日数绝对误差≤1 d的站点比例达95.8%,月降水量绝对误差有91.7%的站点在10 mm之内,月太阳总辐射绝对误差2 MJ/m2以内的站点比例达90.1%;月最长干期、最长湿期、平均干期、平均湿期的平均绝对误差分别为4.16、0.76、1.00、0.15 d。WGDWS在温带季风和亚热带季风气候下的干湿期模拟效果优于温带大陆气候和热带季风气候。比较WGDWS和DWSS生成的逐日模拟序列的误差分布,月最高气温、月最低气温和月总太阳辐射的误差分布高度一致。WGDWS对月降水日数的模拟效果优于DWSS,即等概率条件下,WGDWS相对误差更小,而DWSS对月降水量的模拟效果优于WGDWS。因此,WGDWS能够准确反映长期干旱或长期阴雨天气的实际情况,可用于生成长序列逐日天气数据,以满足气候模型、水分模型和作物生理模型的需求。     

LARS-WG天气发生器在黄土高原的适应性研究

 利用黄土高原地区西安、兰州、太原、银川、呼和浩特和延安6个气象站1951—1990年的日序列的降雨量、最高温度、最低温度及日照时间,用LARS-WG天气发生器模拟1991—2000年的日气象资料,并用1991—2000年的实际观测值与之比较,对LARS-WG天气发生器适应性进行了检验。通过线性回归、平方根误差和平均偏差评价表明:通过长序列日气象资料,LARS-WG天气发生器能准确地模拟黄土高原6个站点的日最高温度、日最低温度的月分布和年辐射总量。年降水及其月分布值普遍高于实际降水值。     

CLIGEN气候生成器模型在紫色土地区的适应性研究

随机气候生成器CLIGEN模型可以为当前一些综合模型所需要的气象资料提供必要的数据支持,为检验CLIGEN在四川紫色土地区的适用性,以CLIGEN模型为研究平台,根据四川省遂宁水土保持实验站1987～2002年降水和气温的月平均资料及在全美范围内选择参照站点得到的其他气象因子,利用CLIGEN模型分别模拟出遂宁市的月平均降水量、月平均最高温度和月平均最低温度。结果证明用所选的3个参证站点,利用CLIEGN模拟出来的降水、气温在数值上和年内的分布上均与实测值较为符合,选择模型有效系数E和平均绝对百分比误差（MAPE）为评价指标,作为3个站点最优选择的指标,最终选择CENTERVILLE站点为最优参证站,CEN-TERVILLE站点的模拟月平均降雨量、月平均最高温度和月平均最低温度的相对平均绝对值（MAPE）分别为7.15%,7.03%和6.17%,而有效系数分别为0.996 2,0.926 6和0.995 7,从而确定了CLIGEN模型在遂宁紫色土地区的适用性。     

基于干湿期的随机天气发生器

为了按不同的应用需求生成可信的任意长序列逐日天气数据,为作物天气系统研究提供数据支持,该文描述了一个以干湿期随机模型为基础,组合了日降水量、温度和辐射变量随机模型的逐日天气发生器WGDWS(Weather Generator based on Dry and Wet Spells)。它分为两部分:以干湿期为独立随机变量的干湿期模型部分,和依赖第一种模型生成其余天气变量的模型部分;其天气要素的生成主要分2个步骤,即首先根据月经验分布值产生一个干期或湿期长度,然后生成干期或湿期的逐日值。利用代表中国不同地理区域的9个站点1973-2003年的逐日气象资料对天气发生器WGDWS进行了检验,并与基于干湿日开发的DWSS天气发生器进行了比较。结果表明两者性能基本相近,并且WGDWS模拟干湿期的效果更好。因此,WGDWS天气发生器用于生成逐日天气序列是可靠的,同时作为一个JAVA组件,还可以方便地嵌入作物模型系统。     

天气发生器MulGETS和k-NN对区域历史气象场特征重现能力的比较

传统单站点天气发生器未考虑不同站点气象变量间的空间相关性,导致其在区域影响评价中的应用受到限制,而多站点天气发生器可以克服单站点天气发生器的缺点,近年来得到迅速发展。评估和验证多站点天气发生器对区域历史气象场特征的重现能力是开展影响评价的前提和基础。为此,本研究选取MulGETS（参数型）和k-NN（非参数型）发生器为代表模型,利用湘江流域12个气象站点1981−2010年日序列降水量、最高气温、最低气温资料,通过均值、标准差、偏度、极值、空间相关系数、空间连接度和自相关系数等指标的对比,评估了MulGETS和k-NN模型的优缺点及适用性。结果表明：MulGETS和k-NN模型均较好地再现了原气象场的均值、标准差和偏度,k-NN表现稍好于MulGETS。同时k-NN相比MulGETS在保持气象要素空间相关性上具有优势,特别是降水量的空间间歇性。由于算法本身的限制,k-NN无法模拟出超出历史数据范围的极值,而MulGETS具备一定的极值模拟能力。此外,MulGETS和k-NN在重现原始日尺度降水量的自相关性上均存在不足。总体来看,两个模型各具优势和不足,MulGETS更适于极端气象事件模拟,而k-NN可以更好地体现原始气象场的空间差异,实际使用时应根据不同的研究目的选择合适的模型。     

田纪云副总理在研究长江上游水土保持工作时的讲话

<正>刚才杨振怀同志作了汇报,高德占、刘江、刘中一、项怀诚等同志都发了言。现在我讲几点意见: 第一,长江上游水土流失的防治问题,各方面都很关注,必须下决心解决。现在抓已经晚了,再不抓就更晚了。长江上游水土流夫日趋严重,危害在逐步扩大,再不动手解决,不仅影响农业,而且工业、城市都受影响;不仅影响长江上游,而且影响中下游;不仅影响当前,而且后患无穷。我们不仅要对这一代人负责,而且要对子孙后代负责,下决心着手把长江上游水土保持工作列入日程,持之以恒,抓若干年,必须抓出成绩,抓出成效。决不能让长江变成第二条黄河,当然这是个比喻,但如不抓,其后果确实严重。(杨振怀:应将这项工作列入县领导的考核内容)中央下决心,各     

随机气候生成器在黄土高原的适用性检验

 为进一步检验水蚀预报模型WEPP在黄土高原的适用性,并提供必要的数据准备,根据安塞水土保持综合试验站1986—2003年的日序列的降雨量、最高温度、最低温度和平均风速的实测值及全美范围内选择参照站得到的其他气象因子,对随机气候生成器在黄土高原的适用性进行了检验。结果表明:随机气候生成器能够较好地模拟单个气象因子,并未考虑各个气象因子之间的相互关系;同时,能准确地模拟年降水及其月分布,日最高温度、日最低温度的月分布,而风速模拟值的月均值、标准差普遍高于实测值的月均值、标准差。为此,选择参考站点时应综合考虑各个气象因子。按月计算的降水降水的概率和不降水降水的概率的模拟月均值比实测值偏低。     

土壤侵蚀过程模型中的天气生成器研究述评

 国外从20世纪60年代开始研究降水、气温等天气变量的随机模拟模型,90年代以后,许多国家都建立了可应用于水文、生态、作物生长和土壤侵蚀等模型系统的随机天气生成器。在分析研究有关文献的基础上,系统介绍国外天气生成器的发展历程、建模思路、基本结构和模拟方法,以及模型的评估方法和模拟精度,阐述当前天气生成器存在的问题和研究热点,同时,从气象资料的积累、气候统计学研究成果和相关模型研究发展等角度,评述我国天气生成器研究的基础条件、研究现状和需求前景。     

Evaluation of CLIGEN for storm generation on the semiarid Loess Plateau in China

The Stochastic generation of storm patterns is often necessary for driving process-based hydrological and ecological models. CLIGEN is the only weather generator being able to generate internal storm patterns. Its goodness needs to be evaluated for its proper application. This paper aims to find the advantages and limitations of CLIGEN on semiarid areas and provide references for custom-built weather generators for the Loess Plateau. The daily rainfall time series (1957–2002) and breakpoint rainfall data (more than 20 years) on six stations on the Loess Plateau were used to estimate input parameters for CLIGEN and to compare with CLIGEN-generated 50 years of storm data. Precipitation occurrence (wet day and dry day sequence) is well-simulated without significant difference across months and sites. Errors of monthly average number of wet days range from − 0.67 to 1.08 days, standard deviations range from − 1.19 to 0.76 days, and the distributions of continuous number of wet and dry days on the semiarid Loess Plateau are adequately simulated. Daily rainfall amount is not simulated as well as precipitation occurrence. The relative errors of average daily rainfall range from − 12.93% to 8.64% and those of standard deviations range from − 21.35% to 27.46%. During the rain seasons (May–September), among 30 month–location combinations, all the Mann–Whitney tests for the means passed, 47% for squared ranks tests rejected the null hypothesis of equality of standard deviations, and 73% for K–S test suggested that the generated and measured distributions of daily rainfall were different at 0.01 level of significance Three variables to describe internal storm patterns in CLIGEN are storm duration, relative peak intensity, and time to peak. Storm duration was not well-reproduced because none of squared ranks tests and K–S test passed at the significance level of 0.01. The frequency of short duration storms (< 300 min) was over-predicted while frequency of long duration storms (400–1200 min) was significantly under-predicted. The distribution of maximum 5 min rainfall intensity (ip₅) was well-simulated for four sites out of the six because all tests passed. However, generated maximum ip₅ for all six sites are around 190 mm/h, which are much larger than the measured (70 to 150 mm/h). Ip₃₀ is simulated better than ip₅, suggesting that CLIGEN can reliably generate rainfall erosivity. Time to peak was well-simulated because all the tests passed with P values significantly greater than the significance level of P = 0.01. Improvement for CLIGEN has to be made in terms of the daily rainfall simulation in rainfall-concentrated seasons and storm pattern generation in order to generate reliable rainfall time series on the Loess plateau.     

长江上游地区土地利用/覆被和景观格局变化分析

利用1980年、1990年和2000年3个时期土地利用数据,将GIS和景观生态学的数量分析方法相结合,运用Arc Info和Arc View以及Fragstats(栅格版),分析了长江上游地区1980~2000年间的土地利用/覆被和景观格局的变化。结果表明：研究期间,林地和耕地大幅度减少,草地和建设用地面积显著增加,水域和未利用地相对变化幅度不大。研究区土地利用类型转移的主要方向是林地转化为草地和耕地、耕地转化为建设用地和草地、草地转化为未利用地。通过对该区斑块类型级别指标的分析,得出水域、建设用地和未利用地分离度和破碎度较大,而耕地、林地和草地在宏观政策和人类活动强烈干扰下,分离度和破碎度呈现先降低后升高的趋势。通过对景观级别指标的分析,得出整个区域景观结构日趋破碎,景观异质性也逐渐提高,土地向着多样化和均匀化发展。长江上游地区脆弱的生态体系对土地利用变化响应强烈,造成水土流失和沙漠化程度加剧,自然灾害频发等景观生态效应。可通过调整景观尺度上的土地利用方式,使长江上游地区生态建设及水土资源实现可持续发展。     

土地利用变化对长江上游生态系统服务价值的影响

该文以典型生态脆弱带——长江上游地区1980、1990和2000年的土地利用动态数据为基础,参照中国陆地生态系统单位面积服务价值表,结合敏感度分析,探讨了土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响。结果表明,1980－1990年研究区林地、草地和湿地面积都有不同程度增长,生态系统服务价值呈增加趋势;但在1990－2000年间,建设用地、耕地和未利用地面积大幅度增加,且大多来源于林地和草地等地类的转化或退化,使得整个研究期间内各项生态系统服务功能都出现不同程度的衰退。生态系统服务价值也从1980年的11 119.16亿元减少到2000年的11 077.85亿元,净减少值为41.31亿元。该区域快速城市化和以经济利益为目的的发展模式给生态系统服务功能和可持续发展带来巨大压力,这种生态环境急剧退化的趋势必须引起高度重视并进行有效控制。     

长江上游流域径流变化

分析长江上游流域5个主要控制站：金沙江屏山、岷江高场、嘉陵江北碚、长江上游干流寸滩及乌江武隆的月流量变化。结果表明,高场和北碚站的径流显著减少,寸滩站径流则稍微减少。从年内分配上看,9-11月份减少较多。寸滩站径流减少主要受岷江和嘉陵江流域降水量减少和人类活动的影响。     

长江中上游地区土壤入渗规律研究

利用双环法对长江中上游水土流失严重区的37个县（市）进行原位测试,对其典型土壤的入渗规律进行了系统的研究。结果表明．在长江中上游地区,利用蒋定生公式和Horton公式对土壤入渗过程拟合的精度高于Philip方程和Kostiakov经验公式;土壤稳渗速率与容重呈负相关,与孔隙度、〉0．25mm土壤水稳性团聚体含量、有机质含量以及粉／黏呈正相关关系;不同类型土壤特性不同．而使土壤稳渗速率随土类发生有规律变化．黄壤系列土类最大．然后是石灰土、紫色土．红壤系列土类稳渗速率最小;土壤稳渗速率住长江中上游地区呈现规律性的地域分异。四川盆地以及毕节地区是稳渗速率极高值区,陕南和陇南地区、三峡库区以及丹江口库区是稳渗速率高值区。金沙江下游地区以及湘东赣南红壤丘陵区是稳渗速率一般区．土壤稳渗速率的空间分异与长江流域目前的重点产沙区相对应。