基于雷达测雨的降水数据同化研究

提出了基于雷达测雨数据的R-G联合法(即:雷达-雨量计联合法).雨量站的点雨量数据精度高,雷达站测的数据空间分布合理.该方法的思想是:结合两者的优点,得到面上分布合理并且精度高的降水数据.该方法对雨量站分布密度要求不高,受资料等客观条件的限制较小,也无参数选取的限制,更重要的是操作简单方便,结果符合实际降雨情形,在很多方面都优于国内外其他现有的利用雨量计资料订正雷达估测降水的方法.选择站网密度比较理想的湖北东部区域对各方法进行实际应用,通过与传统数据同化方法的对比分析研究,证明R-G联合法明显提高了降水分布形式的合理性和数据同化精度.     

基于多尺度数值同化模式的泄洪雾化对天气环境影响的数值模拟研究

水电站局地天气要素的变化一直是泄洪雾化影响评价的重要组成部分,如何实现水电站局地气象场的高精度数值模拟,已成为泄洪雾化数值模拟方面亟需解决的重要问题.应用数值天气预报模式,采用松弛同化技术将泄洪时段的水舌风、温度、相对湿度、压强等物理参数,同化到数值天气预报模式的背景场中,并耦合小尺度诊断模型进行动力降尺度处理,首次将...     

降雨空间尺度对径流模拟的影响研究

通过分析不同分辨率的雷达降雨数据所产生的降雨空间分布的变化对径流模拟的影响发现:本文所用的基于DEM的蓄满产流分布式水文模型对降雨时间和空间的变化是比较敏感的;由于降雨空间分辨率的变化计算的径流总量、洪峰都有不同程度的变化,但是这种变化的大小又与降雨场的特征、流域面积的大小以及土壤含水量的变化有很大的关系:随着面平均降雨量(P BAS)的增减,洪量也随着增减,P BAS与洪量有很好的相关性;降雨CV值的增加导致洪峰和洪量都相应的增加;流域的面积越小洪峰和洪量对降雨空间变化就越敏感;在前期干旱的条件下降雨空间变化导致的洪峰和洪量的变化要比在湿润的条件下产生的洪峰和洪量的变化大。     

西咸新区降雨空间非一致性对内涝过程影响模拟研究

为分析降雨空间分布非一致性对城市内涝的影响,应用耦合了水文和水动力过程的数值模型,以陕西省西咸新区海绵城市部分核心试点区为研究区域,对不同重现期设计暴雨及离差系数Cv条件下的内涝过程进行模拟,并对内涝积水总量峰值、重度内涝积水总量峰值及其与均匀降雨情况下的内涝积水削减进行对比分析。结果表明:相比于空间均匀降雨,各重现期下空间分布不均匀的内涝积水量均会减少。各重现期下,Cv值越大,即降雨越不均匀,相比于均匀情况内涝积水削减量越大。当Cv值为0.07、0.11、0.15及0.2时,积水总量削减率分别为1.94%～2.05%,3.00%～3.17%,4.08%～4.23%,4.86%～5.15%。重度内涝情况下,同一Cv值,相比于均匀情况内涝积水削减量随设计降雨重现期变长而增多,当Cv=0.07、Cv=0.11、Cv=0.15、Cv=0.20时,削减率的范围分别为2.00%～2.51%、2.60%～3.82%、3.66%～4.98%、3.80%～5.83%。研究结果揭示了降雨空间分布非一致性对内涝的影响规律,为城市内涝防治工作提供了理论依据。     

降雨空间分布模式识别

以广东省内186个站点的年降雨量分布为基础,把模式识别的聚类分析理论方法引入降雨空间特征分类研究中,进行降雨特征空间分布模式识别,以预测无雨量站点的降雨模式,从而分析水资源的空间分布模式,以便制订有效的水资源利用方案。结果表明,广东省年降雨量在空间上的分布可划分为6类模式;同时基于BP人工神经网络算法,建立了以高程、气温、蒸发量为主要参数的可判别和预测无雨量测站区域的降雨空间分布模式所属类别的模型,经过模型的学习和验证,效果较好。     

龙门山区小流域降雨产流数值模拟研究

龙门山区小流域常由暴雨引发山洪泥石流等灾害,但由于数据的缺乏而无法明确其产流机制及发展过程.本文选取四川省龙溪河地区的山区小流域碱坪沟作为研究区域,利用基于物理概念的模型InHM对该流域的降雨产流过程进行分析.与实测流量数据的比较表明该模型在碱坪沟流域有较好的适用性.基于模拟结果分析了该流域土壤含水率以及地表/地下交换水量(入渗/出渗)在产流过程中的分布特征,结果表明:(1)土壤含水率以及地表/地下交换水量(入渗/出渗)在流域内不同位置分布不均匀;(2)在河道周边,Dunne产流机制占主要地位;(3)出渗常发生在河道周边;(4)流域内存在地下径流,且在总径流中占较大比例.该研究证实了InHM模型在西部山区小流域水文模拟中的适用性,也加深了对碱坪沟流域产流机制的了解,进而有助于明确该地区山洪泥石流灾害的产生机制.     

坡地自然降雨入渗产流的数值模拟

从动量定理和水量平衡原理出发,推导出自然降雨条件(即同时考虑变雨强、降雨动量和风影响下的坡地径流过程)下的坡地径流基本方程。在考虑一般问题定解条件的基础上,采用Preissmann隐式格式对模型进行数值求解。利用在江西省水土保持生态科技园内的10组实测资料对模型进行了验证,其计算值与实测值的相对误差不超过±11％;说明模型的计算结果是可靠的,提出的自然降雨条件下坡地径流模型是可行的。     

降雨对路堤边坡影响的数值模拟研究

以云南某路堤边坡工程为依托,利用GEO Studio有限元软件进行数值模拟,采用渗流-应力耦合的方式,研究降雨强度、降雨时长、土体渗透系数对边坡孔隙水压力及稳定性影响。研究结果表明：降雨强度越强,边坡表层的孔隙水压力上升就越快,边坡达到暂态饱和的区域也会增大;降雨持时的增长会使边坡表层孔隙水压力呈现先快后慢的上升特点,且暂态饱和区会由坡脚逐渐上移;土体渗透系数影响雨水的入渗速率,当其小于降雨强度时,边坡表层孔隙水压力变化明显,反之则不明显。边坡稳定性随着降雨强度、降雨时长、土体渗透系数的增大而降低,拟合后边坡稳定性与降雨强度呈指数递减型关系,与降雨时间呈线性递减关系,与土体渗透系数呈指数递减型关系。     

考虑降雨空间分布的城市内涝对模式雨型响应特征分析

短历时暴雨是形成城市内涝的主要原因,其雨型对内涝致灾影响显著。以陕西省西咸新区沣西新城为研究区域,基于模式雨型设计了具有不同集中度的典型暴雨过程,并考虑了降雨空间分布的不均匀性,应用城市雨洪模型(GAST-SWMM耦合模型)对7种模式雨型在不同重现期下的致涝特征进行模拟分析。结果表明：(1)单峰雨型比双峰雨型具有更强的致涝性,雨峰为中后峰的单峰雨型致涝性更强,雨峰为中峰的单峰雨型在小于50 a重现期下淹没量最大,而在大于50 a重现期下雨峰为后峰的单峰雨型淹没量最大,100 a重现期下其淹没量较雨型Ⅳ增大6.58%;(2)双峰雨型中雨型Ⅴ的致涝性最强,在100 a重现期时,其淹没量较雨型靠前的单峰雨型增加1 912.42 m³;在大于20 a重现期时,雨型Ⅴ在中风险区的积水面积较雨峰靠前的单峰雨型增大1.81%～2.29%;(3)各雨型在高风险区的积水面积峰现时间随重现期的变化而不同,雨型Ⅵ的峰现时间始终在降雨结束时出现,雨型Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ的峰现时间随着重现期增大而提前;雨型Ⅰ、Ⅲ的峰现时间在小于20 a重现期时随着重现期增大,分别从105 min延后至120 m...     

数据同化对流域蒸散发过程模拟的影响研究

为研究数据同化系统对流域水文过程模拟特别是蒸散发模拟的矫正情况,构建一种基于时变增益水文模型和遥感蒸散发的确定性集合卡尔曼滤波同化系统。参照流域出口流量和子流域蒸散发观测分析水文过程的模拟精度。在时间过程和空间分布上探求流域蒸散发的模拟精度、变化过程和同化校准效应。结果表明,经过数据同化,时变增益水文模型的模拟精度在纳西效率系数和水量平衡系数2个指标上都得到提高;子流域尺度上蒸散发精度也得到改善。进一步分析发现,数据同化对极端气候和人类用水影响明显下的水文模拟实现了较为显著的修正。该方法具有潜在的实用价值,可作为水文过程模拟的备选工具。     

基于TOPSIS的长江上游流域降水模拟与预报研究

为研究长江上游流域高精度的短期降水模拟和预报,优选适宜于流域的WRF模式参数化方案组合,构建了模式中不同微物理过程、陆面过程和积云参数化方案组合,建立了包含平均绝对误差、布莱尔评分、TS评分和合格率多个指标的定量综合评价体系,提出了基于TOPSIS多属性决策的最优参数化方案优选方法,并在长江上游流域选取了4场典型强降雨过程进行模拟分析。研究结果表明:在长江上游流域采用微物理过程WSM3方案、陆面过程Noah方案、积云参数KF方案条件下,WRF模拟降水与实测降水的空间分布和降水量级更为相符。     

WRF模式微物理方案对山西省一次强降雨 过程模拟的影响

应用新一代中尺度非静力模式WRF,采用单向两重嵌套方案,水平分辨率分别为27 km和9 km,对我国山西省2009年7月7日～8日一次典型强降雨天气过程进行不同微物理方案的模拟,得到了降水的数量特征、时空分布变化以及雨区范围和移动过程等方面的数据。对比分析了临县测站和方山测站的降雨模拟效果,结果表明：WSM6方案和M2M方案对降水过程的模拟较好,可作为降水模拟的备选微物理方案。     

基于网格划分的自然邻点法在降雨空间 分布研究中的应用

基于地理信息系统的网格划分,在泰森多边形法的基础上利用自然部点法内插出相关研究区每个网格上的雨量值,进一步做出降雨空间分布曲线,得出不同量级降雨量在研究区域的覆盖范围,为面雨量和降雨空间分布计算提供了新方法。     

基于多源遥感土壤湿度与模型数据同化的流域径流模拟

为提升径流模拟精度,以秦淮河流域为例,采用集合平均法将SMAP、SMOS、AMSR2卫星遥感土壤湿度融合并利用地形湿度指数进行空间降尺度处理,采用卡尔曼滤波算法和栅格新安江模型进行遥感融合土壤湿度同化。对2016—2018年秦淮河流域3个流量站记录的11场洪水进行模型数据同化的结果表明：日尺度率定期洪峰、径流深相对误差合格率均为71.43%,验证期洪峰、径流深相对误差合格率分别为66.67%和100%;经同化后,8场洪水径流深误差减小,平均误差降低29.01%;8场洪水确定性系数增大,范围在0.01～0.09之间,模拟精度最高可提升11.84%;同化多源遥感土壤湿度能有效改善土壤湿度估计的准确性,进而提升径流模拟精度。     

基于LabVIEW的人工模拟降雨自动控制系统

介绍一种基于LabVIEW语言开发的针对道路水分运移研究的人工模拟降雨自动控制系统。该系统采用闭环控制算法,通过涡轮流量计、电动执行器和PPC(可编程计算机控制器)来控制各种雨型。试验结果显示:设计雨强和检测雨强的相对误差在5%以下;全套系统的重现性、稳定性和降雨空间分布的均匀性在97%以上;渐变降雨的线性率在85%以上。     

基于CCI资料与EnKF方法的单点土壤湿度同化

土壤湿度作为天气、农林业、水循环研究中重要的地球物理参数,对气候变化有重要影响。陆面数据同化发展较晚,研究集中在同化土壤/积雪的常规观测与遥感观测来提高土壤湿度廓线/雪水当量的估计精度。卫星遥感资料的同化是一个研究热点,同化遥感数据对提高土壤湿度估计精度有积极的作用。基于CLM4.0(Common Land Model 4.0)陆面过程模式,采用集合卡尔曼滤波(EnKF)同化方法,在美国内布拉斯加州地区的Clay Center、Red Cloud及Grand Island观测站点进行了3个单点同化实验,同化的观测数据是由CDF(Cumulative Distribution Function)技术匹配调整后的卫星遥感资料——CCI(Climate Change Initiative)数据,同化分析实验时间为2008年5月1日至2008年10月31日,利用站点实测数据对0~2cm土壤湿度的同化结果与间接受其同化影响10cm处的土壤湿度估计值进行了验证。结果表明:通过单点同化卫星遥感资料的方法可以提高表层土壤湿度的估计精度,并且受其同化影响,靠近同化层的土壤,其土壤湿度的估计精度也得到提高。     

不同蒸发数据在降雨径流模拟中的适用性

为了探究不同质量和精度蒸发数据对降雨径流模拟的影响,选取E601蒸发皿蒸发数据、离散化的Thornthwaite经验公式计算的潜在蒸散发和将固定值作为蒸发数据3种来源的蒸发资料作为输入,利用新安江模型分别对屯溪流域1981-2004年的径流过程进行模拟,对比分析了3种数据对径流模拟结果的影响,结合年内各季节误差规律,分析了不同季节对蒸发数据精度的敏感程度。结果表明,蒸发皿蒸发、公式计算蒸散发和固定值的模拟结果确定性系数均值分别达到0.90、0.89和0.86,公式计算蒸散发值适用性较好;在季节尺度上,季节内蒸发存在趋势性变化的春季和秋季对不同来源的蒸发数据更加敏感,对流域潜在蒸散发的精度要求更高;通过优化冬季蒸发的固定值模拟结果显示,使用固定数值代替流域蒸发能力的方案在夏季和冬季适用性较好,其中冬季蒸发固定为1mm时在降雨径流模拟中可以取得较好的模拟效果。