2025年 11期
台风降水的WRF模拟:以福建省杜苏芮台风为例（英文）
吴静雯;颜悠逸;殷方旭;游介文;庄瑶;官晓军;姜立智;高路;【目的】基于WRF模式模拟并评估超强台风杜苏芮在福建省造成的降水事件,为中国东南沿海地区的台风降水模拟和预报提供参考依据。【方法】基于新一代中尺度数值天气预报模式WRF V4.3(The Weather Research and Forecasting Model)模拟了2023年杜苏芮台风在福建省造成的降水事件,并利用86个气象站的逐小时降水观测记录,使用相关系数R、均方根误差RMSE、平均绝对误差M AE、公平威胁评分ETS、命中率POD和误报率FAR等6个指标评估WRF模拟台风降水的性能。【结果】结果表明:(1)WRF模式有效地捕捉了杜苏芮台风期间降水的时空演变特征,2023年7月27日至29日期间降水强度呈现逐步增加的趋势,最大降水量集中在福建省北部和东部沿海区域。(2)R、 RMSE和MAE指标的结果存在差异,最大误差出现在莆田市,福建西南部的误差较小。6个指标的评估结果表明,相较于小时、三小时、六小时和十二小时降水,WRF模型对日降水的模拟表现最好。(3)WRF模式通过R95p指数能够捕捉到极端降水的总体空间分布,但在某些沿海区域高估了极端降水的强度。(4)尽管WRF模式能够正确识别出福建沿海地区是受灾最严重的区域,但未能精确模拟出降水空间分布和强度,模拟的降水中心与观测中心存在一定偏差。【结论】尽管WRF模式的模拟结果低估了逐小时降水量,但它捕捉到了杜苏芮台风期间福建省降水的时间演变和空间格局。WRF模式基本再现了福建省中部的暴雨中心,日降水总量峰值高达350 mm,凸显了杜苏芮台风引发的极端降水的严重性。
[下载次数： 418 ] [被引频次： 0 ] [阅读次数： 30 ] HTML PDF 引用本文
鄱阳湖流域水旱灾害对气候变化的响应
傅静;胡振鹏;李国文;【目的】气候变暖将影响水旱灾害的发生频率和强度，研究鄱阳湖流域洪水、干旱灾害发生频率和强度对气候变暖的响应。【方法】构建包括流域降水量以及长江流量等主要致灾因素在内的水旱灾害强度数学模型，计算1960—2022年鄱阳湖流域夏季洪水、春季和夏季干旱灾害强度；比较气候变暖前后水旱灾害发生频率与强度；认识水旱灾害对气候变化的响应情况。【结果】1996年以后鄱阳湖流域气候变暖，丰水期降水与地表径流减少1.9%～5.1%、枯水期增加1.1%～9.1%;气候变暖对夏季洪水与春季干旱发生频率和强度影响有限，但显著增加了夏季干旱发生频率和灾害强度，发生频率由变暖前的16%,增加到变暖后的28%。【结论】鄱阳湖流域水旱灾害强度模型求解结果符合客观实际，水旱灾害发生时间、强度与记载的实际灾情基本一致，模型具有一定科学价值，结果较为可信。如果水旱灾害强度等级阈值采用统计学方法确定，将有助于模型应用推广。
气候变化下长江黄河上游源区径流丰枯遭遇研究
张佳悦;周毓彦;鲁帆;冯杰;刘建伟;薛伟;燕玉亮;张楚楚;【目的】长江黄河上游源区位于青藏高原东部，是其主要产水区和水源涵养区，分析气候变化对位于该区域的跨流域调水工程水源区和受水区来水丰枯遭遇概率影响，进而对提高工程规划设计与调度运行的效益提供理论支撑。【方法】利用二维Copula函数构建了径流丰枯遭遇概率计算模型，分析了过去40年长江黄河上游源区径流丰枯遭遇概率的特征。利用分布式水文模型与气候模式，预估了到本世纪中和到21世纪末长江黄河上游源区径流丰枯遭遇概率的变化趋势及利于调水概率对气候变化的响应特征。【结果】研究区流域历史期(1978—2020年)年径流量总体呈增加趋势，夏秋两季径流量波动较大(-3.29～11.78 m3·s-1·a-1),具有明显季节特征，其中金沙江流域夏秋径流量增加速率最大，总体高于黄河源径流量变化趋势(-2.3～0.73 m3·s-1·a-1),符合调水需求。年尺度、汛期尺度径流量丰枯同步频率总体上大于丰枯异步频率，非汛期尺度则小于异步频率，利于调水概率均在68%～75%间，保障了供水的可能性。未来整体上年、汛期利于调水概率总体上高于历史时期(3.53%～5.44%),非汛期尺度SSP245预估期、SSP585近期利于调水概率则低于历史期(-1.57%～-0.91%)。【结论】从SSP245情景过渡到SSP585情景，径流量丰枯异步概率逐渐增大，说明未来极端气候条件下可能导致水资源空间分布差异性变大，时空差异更加明显。平均利于调水概率在71.2%～73.2%,能进行补偿调度的概率较大，对南水北调西线工程的实施是非常有利的，且可在不同时间阶段汛期、非汛期进行补偿调水。
[下载次数： 1,162 ] [被引频次： 0 ] [阅读次数： 21 ] HTML PDF 引用本文
合肥市21·7暴雨水汽输送过程与特征解析
陈镜元;刘晓东;郭园;霍云超;章数语;王雪妮;高学睿;【目的】全球气候变化的背景下，气候变率陡增，极端事件频发，对人民生命财产和社会经济健康发展带来巨大威胁。2021年安徽省梅雨期平均降雨量317 mm,较常年同期偏丰近三成。为分析暴雨水汽输送场，揭示其发展过程特征。【方法】基于拉格朗日混合单粒子轨迹模型(HYSPLIT)计算了2021年7月合肥市董铺、大房郢水库流域场次降雨期间水汽输送轨迹。【结果】结果显示：降雨量空间分布不均匀，平均降雨量为306.6 mm,刘庙站的降雨量最高(356.5 mm),而最低的是沈油坊站(228.5 mm);不同高度层的水汽输送轨迹特征存在差异，925 hPa有西太平洋的东南路径、孟加拉湾的西南路径、中国南海的南向路径，对应的水汽贡献率分别为44.4%、43.8%、11.8%;850 hPa有西太平洋路径和孟加拉湾路径，分别为26.3%、73.7%;700 hPa有西太平洋路径、印度洋的西南路径、青藏高原的西向路径，分别为17.1%、77.9%、5.0%;随着水汽轨迹模拟的初始高度增加，水汽轨迹数目的空间分布表现为西多东少，且温度和比湿度在输送过程中均发生了增加(减少)。【结论】2021年7月合肥市董铺、大房郢水库流域场次降雨在不同高度层上的水汽均主要来源于海洋通道，尤其是来自西太平洋、孟加拉湾和印度洋的水汽贡献为主。而在850 hPa高度层上，出现了非常强烈的水汽辐合带，为局部短时强降雨供应着充沛的水汽。
闽江流域极端降水时空演变特征及气候影响因子
崔洪铭;刘梅冰;甘贝贝;陈兴伟;陈莹;高路;邓海军;【目的】全球气候变暖导致区域水文循环过程加快，极端降水事件的发生频率和强度也随之增加，闽江流域作为我国东南沿海的重要流域，研究流域内极端降水时空演变对流域内洪涝灾害防治有重要意义。【方法】基于闽江流域29个气象站点的逐日降水资料，选取9种极端降水指数，采用Mann-Kendall趋势分析、Sens’s斜率估计和Morlet小波分析等方法，分析了闽江流域极端降水的时空演变和周期性特征，进一步探讨了大气环流因子对极端降水的影响。【结果】结果显示：1962—2021年间，年降水总量(PRCPTOT)、最大1 d降水量(Rx1day)、最大连续5 d降水量(Rx5day)、极端强降水量(R99p)和大雨以上日数(R25mm)呈不显著上升趋势；极端降水量(R95p)、日降水强度(SDII)和暴雨以上日数(R50mm)的上升趋势达到显著性水平(P<0.05),增长率分别达到20.48 mm/10 a、0.22 mm·d-1/10 a和0.28/10 a;连续降水日数(CWD)呈不显著下降趋势(-0.14 d/10 a)。PRCPTOT、R25mm和R50mm等指标整体呈现从东南部沿海向西北部山区递增的趋势，Rx1day、Rx5day、R95p和R99p等低值区主要位于流域中部，高值区集中在西北部及东南部沿海地区，CWD高值区主要分布在流域西南部；所有站点的SDII呈上升趋势，4个站点显著上升，主要位于流域西北部和东南沿海。极端降水指数存在两种不同时间尺度的周期特征。当年的大气环流因子EASMI、GMLOT和Nino3.4对极端降水的影响均达到显著性水平(P<0.01)。【结论】结果表明：近60年来，闽江流域极端降水强度和频率呈增加趋势，持续性降雨减少，极端降水从长历时低强度向短历时高强度演变；极端降水高值区主要位于西北武夷山脉、南部戴云山脉九仙山以及东部沿海长乐一带。极端降水指数存在6～8年、45～56年等2种时间尺度的周期性，2000年后流域极端降水在短周期尺度震荡交替更加频繁。NAO、GMLOT和Nino3.4对极端降水的影响具有滞后性，全球温度升高是闽江流域极端降水量增加、连续性降水减少的重要因素。
基于分类递归特征消除法-随机森林优化算法的山洪灾害风险模拟技术
张晓蕾;秦瑞华;姚秋玲;董长奇;刘荣华;【目的】山洪灾害给人类社会带来严重的经济损失和人员伤亡，因此科学识别、评估山洪灾害风险是亟待解决的科学问题。旨在通过耦合特征选择和随机森林算法提高山洪灾害风险预测的准确性，为灾害预警提供科学依据。【方法】选取17个与山洪灾害发生相关的特征因子，提出了耦合分类递归特征消除法(Classified Recursive Feature Elimination, RFE-class)和随机森林优化算法的特征选择技术，识别山洪灾害风险模拟最优特征组合。【结果】研究结果表明，采用分类递归特征法获得的最佳特征组合可以显著提高随机森林模型的预测性能，ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线值达到了94.7%,相比单独使用随机森林算法精度提升了约5%。【结论】福建省山洪灾害高风险区域主要分布在武夷山脉、戴云山和玳瑁山区，涉及面积4.9万km2,影响人口2 700万人口。
基于PatchTST的地下水位预测模型
程帅;张娟;杨默远;黄俊雄;和继军;于帅;马志军;【目的】准确、快速的预测地下水水位动态变化特征，对地下水科学管控尤为重要，但针对多因素影响下的地下水位中长期预测研究较少。【方法】为提高地下水位中长期预测能力，构建了一种基于PatchTST的多变量地下水位中长期预测模型(PatchTST-GWL),利用互相关函数分析了地下水开采量、地表补水量、降雨量、侧向补给等影响因素间的多元相关性及地下水水位变化的滞后性，对北京市西郊地区4眼典型浅层监测井地下水水位进行了中长期预测，采用纳什系数(NSE)、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)评估了模型性能及准确性，并基于控制变量法分析了模型可解释性。【结果】结果显示：随着预测期增加，PatchTST-GWL模型预测精度逐渐提升，各监测井90 d、180 d预测期地下水水位模拟结果NSE系数均提升至0.9以上，MAE、MSE、RMSE较Attention-Bi-LSTM、SVM常用深度学习模型降低10%～80%。【结论】PatchTST-GWL模型对中长期地下水水位预测性能优势明显，模型通过引入互相关函数计算地下水开采、降雨、地表补水、侧向补给变化过程对地下水水位变化过程影响的滞后期，有效提升了模型预测精度，同时模型预测结果与各影响因子变化的响应规律符合客观物理规律，呈现出较好的可解释性。该模型可准确、快速的进行地下水水位预测，为科学评估与合理利用地下水提供有效支撑。
鄂尔多斯市用水结构演变及驱动因素分析
张颖;宋晓猛;王小军;刘平;马红丽;【目的】区域用水结构演变分析及驱动因子识别对于制定水资源综合利用规划具有重要实践意义。【方法】本文以鄂尔多斯市为例，运用信息熵及重心迁移模型分析区域用水结构变化特征，利用对数平均迪氏指数(LMDI)分解模型识别当地用水结构演变的关键驱动因素。【结果】结果表明：(1)中心城区和准格尔旗分别以生活、工业用水量为主导，其他旗区农业用水占比较大，用水总量与农业用水量重心位于杭锦旗，工业、生活和生态用水量重心近年来位于伊金霍洛旗；(2)鄂尔多斯市2007—2023年用水结构总体平稳，均衡度空间呈现从中心城区向四周递减趋势，中心城区用水结构具有极强的稳定性，而农业用水为主导的区域用水系统均衡性较差；(3)社会经济发展、科技进步和生态环境是影响鄂尔多斯市用水结构的主要驱动因素，其中城镇常住人口可支配收入、工业生产总值、万元GDP用水量和人均公园绿地面积是影响用水结构的主要驱动因子。【结论】快速城镇化发展与产业结构调整促使城市用水结构演变，因此，推进城镇化建设、优化工业产业结构、深度节水控水和生态保护修复是促进鄂尔多斯市用水结构均衡化的有效策略。
基于系统动力学模型的泰安市水资源承载力“四水四定”分析
杜新龙;潘慧民;王红瑞;门宝辉;【目的】“四水四定”是十六字治水思路的具体体现，以“四水四定”为具体目标，研究缺水地区的水资源未来承载状态变化趋势进而有针对性地制定相关政策、规划对其进行干预和调控是当前水资源规划管理的前沿性议题。【方法】建立系统动力学模型探索泰安市水资源整体承载状况的时空演变规律，并在此基础上引入“四水四定”水资源承载模型进行南水北调东线二期工程生效前后泰安市城、地、人、产承载状况分析。【结果】结果显示：2035年泰安市人口总数将超载92万人，城市建成区面积超载7 267 hm2,耕地灌溉面积超载4.19万hm2,工业增加值超载339.9亿元。【结论】结果表明未来主要受产业发展制约，2017年后泰安市水资源承载指数表现出持续加重态势，面临水资源超载的风险；各区县水资源承载状况空间差异性明显，南水北调东线二期工程的生效一定程度上可改善泰安市水资源承载状况，但无法从根本上改变水资源超载问题；不考虑用水优先级情况下泰安市快速增长的工业用水可能挤压其他用水户空间，导致城、地、人、产出现不同程度超载问题。本结论可为泰安市未来水资源规划管理相关政策制定提供参考。
SNMR横向梯度线圈装置对不同含水层的响应信号特征研究
钱伦;潘剑伟;何胜;杨晨;槐玉鹿;李涛;刘懿;石燕辉;【目的】地面核磁共振(SNMR)找水方法是一种极具发展潜力并且探测效果极佳的地下水探测方法，而传统的地面核磁共振工作方法是利用收发共圈装置激发并接收一组信号来对地下水进行探测，为丰富SNMR的工作模式并提高SNMR方法探测地下水的精度。【方法】通过对SNMR横向梯度线圈装置在地下水探测中的信号特征进行模拟分析，并以天门汉江江滩的场地试验进行验证。【结果】发现横向梯度线圈装置的响应信号与含水量、含水层厚度近似呈正相关关系，与含水层深度近似呈负相关关系。对横向梯度线圈差值分析表明，横向梯度线圈的信号差值零值的出现及其信号峰值所对应的脉冲矩大小可定性反映含水层的深浅。同时，将梯度信号差值与原线圈信号进行联合反演，可以有效提高SNMR方法的反演精度。【结论】说明运用SNMR横向梯度线圈装置来提高探测地下水的准确性是行之有效的。