Identification of factors influencing hydrologic model performance using a top-down approach in a large number of U.S. catchments     

Carolina Massmann 《水文研究》2020,34(1):4-20

Investigating the performance that can be achieved with different hydrological models across catchments with varying characteristics is a requirement for identifying an adequate model for any catchment, gauged or ungauged, just based on information about its climate and catchment properties. As parameter uncertainty increases with the number of model parameters, it is important not only to identify a model achieving good results but also to aim at the simplest model still able to provide acceptable results. The main objective of this study is to identify the climate and catchment properties determining the minimal required complexity of a hydrological model. As previous studies indicate that the required model complexity varies with the temporal scale, the study considers the performance at the daily, monthly, and annual timescales. In agreement with previous studies, the results show that catchments located in arid areas tend to be more difficult to model. They therefore require more complex models for achieving an acceptable performance. For determining which other factors influence model performance, an analysis was carried out for four catchment groups (snowy, arid, and eastern and western catchments). The results show that the baseflow and aridity indices are the most consistent predictors of model performance across catchment groups and timescales. Both properties are negatively correlated with model performance. Other relevant predictors are the fraction of snow in the annual precipitation (negative correlation with model performance), soil depth (negative correlation with model performance), and some other soil properties. It was observed that the sign of the correlation between the catchment characteristics and model performance varies between clusters in some cases, stressing the difficulties encountered in large sample analyses. Regarding the impact of the timescale, the study confirmed previous results indicating that more complex models are needed for shorter timescales.  相似文献   

Evaluating soil moisture estimation from ground-penetrating radar hyperbola fitting with respect to a systematic time-domain reflectometry data collection in a boreal podzolic agricultural field     

Chameera Illawathure  Gary Parkin  Sébastien Lambot  Lakshman Galagedara 《水文研究》2020,34(6):1428-1445

The upper 30 cm of the soil profile, which hosts the majority of the root biomass, can be considered as the shallow agricultural root zone of most temperate crops. The electromagnetic wave velocity in the soil obtained from reflection hyperbolas in ground-penetrating radar (GPR) data can be used to estimate soil moisture (SM). Finding shallow hyperbolas in a radargram and minimizing the subjective error associated with the hyperbola fitting are the main challenges in this approach. Nevertheless, we were motivated by the recent improvements of hyperbola fitting algorithms, which can reduce the subjective error and processing time. To overcome the difficulty of finding very shallow hyperbolas, we applied the hyperbola fitting method to reflections ranging from 27- to 50-cm depth using a 500-MHz centre-frequency GPR and compared the estimated moisture with vertically installed, 30-cm-long time-domain reflectometry (TDR) sensors. We also compared TDR and GPR sample areas in a 2-D plane using different GPR survey types and different hyperbola depths. SM measured with TDR and GPR were not significantly different according to Mann–Whitney's test. Our analyses showed that a root mean square error of 0.03 m³ m⁻³ was found between the two methods. In conclusion, the proposed method might be suitable to estimate SM with an acceptable accuracy within the root zone if the soil profile is fairly uniform within the application depth range.  相似文献   

基于CALIPSO卫星产品的中国区域异质核化冰云比例差异          下载免费PDF全文

范学伟  郑有飞  王立稳  陈纹锋 《干旱区地理》2020,43(5):1210-1219

利用 2012 年 1 月 ~ 2015 年 12 月 CALIPSO 冰云 3 级月平均产品（CAL_LID_L3_Ice_ Cloud） 对中国区域异质核化冰云比例进行分析，研究冰云的比例分布与季节变化特征，探究中国区域冰 云分布情况和影响冰云分布的因素。结果表明：中国南北部冰云的比例差异与地面 2 m 温度、地表 长波净辐射通量和来自地面的冰核有关。-40 ~ 0 ℃之间的冰云比例水平分布，中国大陆北部比中 国大陆南部高约 30%，季节性变化规律明显，冬季南北差异大，夏季南北差异小；云箱温度在-30 ~ 10 ℃之间的冰云，中国大陆北部比例比大陆南部平均高出约 5%，春季、秋季、冬季北部冰云比例 均高于南部，夏季温度在-8 ℃以下，南部的冰云比例超过了北部的冰云比例；在对流层（10 km 以 下），冰云比例分布中国大陆北部比南部高，南北部之间冰云比例差异在 6 km 左右显示出峰值，约 50%，四季冰云比例随高度增加均呈现增大的趋势，且北部冰云比例均高于南部。  相似文献   

基于PCA-TOPSIS的重庆市县域经济密度综合测度及时空演变          下载免费PDF全文

张彬  谢贤健  杨联安  郭金铭 《干旱区地理》2020,43(2):546-556

经济密度是衡量区域经济发展水平和聚集程度的重要指标之一。以重庆市38个县（区）所辖范围为研究区，建立了人均和地均相结合的综合测度指标体系，采用主成分分析确定指标权重，将PCA TOPSIS评价法运用到经济密度综合测度中，依据测度对象与最优值的相对接近程度，综合测度1997年、2001年、2006年和2013年重庆市县域经济密度，获得各个时间断面经济密度综合指数及其排名。通过利用ArcGIS制图功能绘制重庆市经济密度等级分布图，揭示其空间分异演变规律，利用Moran’s I，LISA和热点分析分别探索了县域经济密度的全局和局部空间自相关及其时空演变规律，并讨论影响经济密度高低的主要因素。通过对县域经济密度的综合测度及时空演变的探究，为实现城市科学定位和制定中长期发展战略提供科学依据。  相似文献   

毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性     

李想  苏志珠  马义娟  张彩霞  柳苗苗 《中国沙漠》2020,40(2):109-117

毛乌素沙地处于中国季风区的西北边缘,对气候变化敏感,是古气候演化和古环境变迁研究的理想场所。全新世气温回暖期,气候整体稳定但存在暖湿冷干的次级波动,不同类型沉积相组成的地层序列记录了全新世千年、百年尺度的气候不稳定性。对毛乌素沙地不同沉积序列的研究表明:(1)毛乌素沙地东南缘的沙漠/黄土边界带DLT、NB剖面粒度及Rb/Sr比值可作为气候变化的代用指标。>63 μm砂含量增加,Rb/Sr比值降低,揭示东亚冬季风增强,风成砂堆积,风沙活动加剧,气候干冷;反之,东亚夏季风增强,降水增多,风化成壤程度加大,气候暖湿。(2)毛乌素沙地东南缘沙漠/黄土边界带及低洼沟谷区年代概率密度函数的分析显示,全新世早期~8\^5 ka BP风成砂堆积,风沙活动加剧,气候表现为干冷;全新世中期8\^5 ka~3\^0 ka BP地势较高处古土壤广泛发育,地势低洼处发育湖沼相/泥炭层,但在6.0 ka BP左右存在气候转冷过程;全新世晚期3\^0 ka BP以来气候波动频繁。(3)毛乌素沙地气候变化与北大西洋冰筏冷事件、董哥洞石笋、季风边缘区湖泊、东部沙地等记录具有可对比性和相对一致性,反映出全新世千年和百年尺度上的气候变化主要受全球变化的影响,这对预测和模拟未来气候变化具有借鉴意义。  相似文献   

基于IceBridge数据的南极别林斯高晋海的海冰厚度研究     

张建  杨元德  杨全明  汪楚涯 《冰川冻土》2020,42(2):295-306

海冰变化与全球气候、 生态系统和人类活动密切相关， 海冰厚度是海冰变化研究的重要参数之一。全面立体高精度观测海冰厚度的最有效手段是航空遥感， 而冰桥计划（IceBridge）是当前南北极最大的航空遥感工程。基于2009 - 2014年冰桥计划的激光雷达高程数据和数字测图系统相机光学影像对南极别林斯高晋海的海冰厚度进行研究， 并结合降雪量等气象数据探讨该区域海冰厚度变化的原因。研究发现该海域的海冰厚度在2009 - 2014年间整体呈微弱增长趋势（0.07 m·a^-1）， 但是在95%置信水平下不具有显著性。2009 - 2011年呈现先增加后减少的大幅度变化， 其中2010年达到极大值2.42 m， 之后开始缓慢增加。海冰厚度的年际变化与降雪和近地表温度等气象要素相关， 二者相比较而言降雪为主要影响因素。  相似文献   

极地冰钻关键技术研究进展          下载免费PDF全文

张楠  王亮  Pavel Talalay  范晓鹏  王如生  杨阳  洪嘉琳  宫达  孙友宏  李院生  李冰 《探矿工程》2020,47(2):1-16

极地冰钻技术是获取冰芯，研究冰盖-冰架-海洋相互作用，以及获取极地冰下基岩与冰下水环境样品，开展冰下环境探测的重要手段。目前极地冰钻技术的难点与前沿主要包括深冰芯钻探、冰架热水钻、冰下基岩钻和冰下水环境采样与观测技术。本文针对以上4个极地冰钻关键技术，对国内外相关技术的研究进展与项目开展情况进行了总结与梳理。综合来看，虽然我国开展极地钻探技术研究起步较晚，但随着我国极地战略不断推进，我国的极地冰钻关键技术与装备的研究正持续向着赶超极地钻探强国方向迈进，这必将为我国的极地科学研究提供强有力的技术支撑。  相似文献   

基于GRACE RL06数据监测和分析南极冰盖27个流域质量变化   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

高春春  陆洋  史红岭  张子占  徐长仪  谭冰 《地球物理学报》2019,62(3):864-882

本文基于CSR最新公布的GRACE RL06版本数据,采用Slepian空域反演法估算了南极冰盖27个流域的质量变化.Slepian空域反演法结合了Slepian空间谱集中法和空域反演法的技术优势,能够有效降低GRACE在小区域反演时信号出现的严重泄漏和衰减,进而精确获得南极冰盖在每个流域的质量变化.相对于GRACE RL05版本数据,RL06在条带误差的控制上要更加优化,获得的南极冰盖质量变化时间序列也更加平滑,但在趋势估算上差别并不明显(小于10Gt/a).本文的估算结果显示:在2002年4月至2016年8月期间,整个南极冰盖质量变化速率为-118.6±16.3Gt/a,其中西南极为-142.4±10.5Gt/a,南极半岛为-29.2±2.1Gt/a,东南极则为52.9±8.6Gt/a.南极冰盖损失最大的区域集中在西南极Amundsen Sea Embayment(流域20-23),该地区质量变化速率为-203.5±4.1Gt/a,其次为南极半岛(流域24-27)以及东南极Victoria-Wilkes Land(流域13-15),质量变化速率分别为-29.2±2.1Gt/a和-19.0±4.7Gt/a,其中Amundsen Sea Embayment和南极半岛南部两个地区的冰排放呈现加速状态.南极冰盖质量显著增加的区域主要有西南极的Ellsworth Land(流域1)和Siple Coast(流域18和19)以及东南极的Coats-Queen Maud-Enderby Land(流域3-8),三个地区质量变化速率分别为17.2±2.4Gt/a、43.9±1.9Gt/a和62.7±3.8Gt/a,质量增加大多来自降雪累积,比如:Coats-Queen Maud-Enderby Land在2009年和2011年发生的大规模降雪事件,但也有来自冰川的增厚,如:Siple Coast地区Kamb冰流的持续加厚.此外,对GRACE估算的南极冰盖质量变化年际信号进行初步分析发现,GRACE年际信号与气候模型估算的冰盖表面质量平衡年际信号存在显著的线性相关关系,但与主要影响南极气候年际变化的气候事件之间却不存在线性相关关系,这说明南极冰盖质量变化的年际信号主要受冰盖表面质量平衡的支配,而气候事件对冰盖表面质量平衡的影响可能是复杂的非线性耦合过程.  相似文献   

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览   总被引：2，自引：2，他引：0  

魏泽勋  郑全安  杨永增  刘克修  徐腾飞  王凡  胡石建  谢玲玲  李元龙  杜岩  周磊  林霄沛  胡建宇  朱建荣  李均益  张正光  侯一筠  刘泽  田纪伟  黄晓冬  管玉平  刘志宇  杨庆轩  赵玮  宋振亚  刘海龙  董昌明  于卫东  连涛  陈朝晖  史久新  雷瑞波  刘煜  于福江  尹宝树  陈戈  王岩峰  李整林  熊学军  汪嘉宁  李晓峰  王永刚 《海洋学报》2019,41(10):23-64

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团，以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强，研究领域不断拓展，涌现了大量具有广泛影响力的研究成果，其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”，发展了第三代海浪数值模式；提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法；发现并命名了“棉兰老潜流”，揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等，系统描述了太平洋西边界流系；提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流)；不断完善了中国近海陆架环流系统，在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流，以及陆架波方面均取得了深刻的认识；从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结；发展了浅海水团的研究方法，基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制，在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献；阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制，揭示了中尺度涡的三维结构，定量评估了其全球物质与能量输运能力；基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征，提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制；构建了“南海内波潜标观测网”，实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识；发展了湍流的剪切不稳定理论，提出了海流“边缘不稳定”的概念，开发了海洋湍流模式，提出了湍流混合参数化的新方法等；在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识，并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响；研发了全球浪–潮–流耦合模式，推出一系列海洋与气候模式；发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统；建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台；发展了ENSO预报的误差分析方法，建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系，揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应；初步建成了中国近海海洋观测网；持续开展南北极调查研究；建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统，为中国气象减灾提供保障；突破了国外的海洋技术封锁，研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器；建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型，为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示，经过70年的发展，中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍，这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。  相似文献   

基于局部倾斜叠加的快速射线束叠前时间偏移          下载免费PDF全文

陈祥忠  岳玉波  王瑞兴  刘俊成  惠梦琳 《地球物理学报》2020,63(4):1585-1590

宽方位高密度地震勘探可以有效的提高地震资料的空间分辨率和裂缝预测的精度,但地震道数的增加也大幅度提升了地震数据的处理成本.为提高海量地震数据偏移处理的计算效率,本文发展了一种快速射线束叠前时间偏移方法.该方法首先根据给定的射线束中心间隔将炮记录划分为一系列数据子集,然后利用倾斜叠加将数据子集分解为不同方向的平面波,最后根据射线束中心到地下成像点的双程走时和射线参数拾取相应的平面波振幅累加到成像点上.同Kirchhoff叠前时间偏移相比,本文方法不但保持了一致的成像精度,且由于仅需在稀疏的射线束中心位置进行成像累加运算,计算效率得到了大幅度的提升.文中所给出的模型和实际资料的测试结果验证了本文方法的正确性和有效性.  相似文献