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内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型(Ⅰ):模型原理被引量：44: 2006年; 在全球变暖的背景下，我国多数大江大河源区存在冰川退缩、雪线上升以及多年冻土和季节冻土明显退化等现象，并由此造成河源区产流量减少以及生态环境恶化等诸多问题，这在内陆河山区流域体现的较为明显，但目前分布式水文模型中很少涉及冻土水热耦合问题。文章以黑河干流山区流域为例，构建了一个内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型（DWHC）。模型基于土壤水热连续性方程将流域产流、入渗和蒸散发过程融合起来，在植被截留、入渗、产流和蒸散发计算方面也有所改进和创新。部分模块具有多个可选择方案。模型设计了与中尺度大气模式MM5的嵌套接口。也可以用地面气象资料驱动。模型在1km×1km网格基础上，以日为时间步长，将流域土壤分为18类，土壤剖面分为3～5层不等，流域植被概化为9类。模型只需要土壤初始含水量、初始地温和常规气象资料，以及土壤和植被物理参数，就能够连续演算各层土壤的温度、液态含水量、固态含水量、感热传导、潜热变化、水势梯度、导水率以及水分入渗和毛细上升量等水文循环要素。主要介绍了模型的基本原理和构建思路。有关模型的地面资料驱动结果和与MM5嵌套结果部分，参见后续文章（Ⅱ）、（Ⅲ）。; 陈仁升吕世华康尔泗吉喜斌阳勇张济世; 关键词：冻土地温土壤含水量水势

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型(Ⅱ):地面资料驱动结果被引量：18: 2006年; 以黑河出山日平均流量作为对比,利用26个降水站点、11个气温站点和14个潜在蒸发站点2000年日资料,模型设计了6套气象因子空间分布方案,进行数值模拟试验,结果表明,在黑河流域现有观测站点的情况下,利用各种空间插值方法所得结果基本相当,考虑地面高程的三维插值与不考虑地面高程的二维插值结果相差不大,补充距离研究区较远的站点观测资料,模型结果反而变差。最终模型采用基于二维算法的最近距离法(nearest),利用2000年资料校正模型,计算与实测黑河日出山平均流量序列的效率系数为0.6101,平衡误差为0.0808%。以1999年资料验证模型,效率系数和平衡误差分别为0.6270和-2.9824%。模型基于水热连续方程模拟了黑河山区流域水热交换和耦合过程,探讨了流域的水量平衡,分析了水量平衡因子的时空分布,其模拟结果表明,内陆河高寒山区流域主要为浅表产流,高山草甸具有拦蓄降水和水源涵养作用,并反映了高山地区浅表土壤地下厚层冰的聚集过程。各种模型结果与本区野外实际调查结果基本一致,也符合当前对寒区流域水文循环过程的定性认识。; 陈仁升康尔泗吕世华吉喜斌阳勇张济世; 关键词：水量平衡空间插值地下冰产流特征

内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型(Ⅲ):MM5嵌套结果被引量：13: 2006年; 利用中尺度气候模式MM5计算黑河山区流域2003年2月11日到6月30日的日降水量、2.0 m高度的日平均气温和潜热,并将其嵌套到DWHC模型中。MM5运行周期为10 d,积分步长为3 s,空间分辨率为3 km。保持DWHC模型土壤参数、植被参数、经验参数和可调参数等不变,仅对模型初始参数进行了调整,利用最近距离法(nearest)将MM5输出结果插值到1 km×1 km格点上,所计算的黑河干流出山口日平均流量与实测序列的NSE=0.79,B=-0.79(%),EV=0.79,R2=0.81。利用基于三角网格的立体插值法(cubic)所获结果与此相当,NSE=0.79,B=-0.65(%),EV=0.79,R2=0.80。这说明利用MM5-DWHC嵌套模型来模拟流域日平均流量是可行的。MM5-DWHC嵌套模型在径流模拟方面,比利用地面资料驱动结果要好。MM5-DWHC嵌套模型的计算结果表明,内陆河高寒山区流域存在明显的浅表产流特征,这与地面观测资料驱动结果一致。模型调试结果表明,MM5输出结果存在某种奇异性,且输出的非汛期降水量明显偏大。; 陈仁升高艳红康尔泗吕世华吉喜斌阳勇; 关键词：气象因子奇异性

黑河流域山前绿洲灌溉农田蒸散发模拟研究被引量：31: 2004年; 基于Penman Monteith蒸散公式,应用土壤植被大气系统水分和能量传输理论对Shuttleworth Wallace蒸散模型的参数进行改进,得出解析计算农田作物蒸腾和土壤蒸发的双源模型.对黑河流域山前绿洲农田春小麦生长期土壤蒸发、作物蒸腾以及总蒸散过程进行了模拟研究.对模型的计算结果以田间观测和水量平衡方法进行验证,误差目标NSE=0.98,说明该模型用于农田蒸发和蒸腾的计算是合理的.对影响蒸发和蒸腾的主导因子净辐射、叶面积指数、土壤含水量进行了相关性分析,得出三者的变化对土壤蒸发、作物蒸腾的影响.通过不同时期日蒸散发量变化特征的分析,表明土壤、冠层两个界面对能量和水汽传输的交互影响效应显著.; 吉喜斌康尔泗赵文智陈仁升金博文张智慧; 关键词：土壤蒸发

近几十年来黑河野牛沟流域的冰川变化被引量：53: 2007年; 利用1956年航测、1970/1973年1∶50000地形图以及野牛沟流域2003年ASTER影像获取的3期冰川资料,对黑河源头西支野牛沟流域的冰川时空变化进行了分析.通过分析流域气温变化和冰川变化的关系,探讨了流域冰川变化对河川径流的影响.结果表明:野牛沟流域1956—1970/1973年冰川总面积减少9.29%,年平均消退0.54%;1970/1973—2003年冰川总面积减少了18.23%,年平均消退0.60%.流域内冰川条数由1956年的165条减少为2003年的144条,1956—1970/1973年间流域冰川储量减少了2.29×108m3,年均损失约0.13×108m3;从1970/1973年到2003年,冰川储量减少了4.19×108m3,年均损失约0.14×108m3.从1956年到2003年,冰川变化率随着冰川面积的增加而降低,冰川萎缩速度有加快的迹象,而流域年平均温度也有加快升高的趋势.冰川的消退对于流域径流量的影响不大.; 阳勇陈仁升吉喜斌; 关键词：冰川编目冰川变化气温

黑河中游典型灌区水资源供需平衡及其安全评估被引量：21: 2005年; 结合黑河干流高崖水文站至平川大桥水文站区域的气象、水文、土壤、植被、种植结构、经济发展等资料建立黑河中游典型灌区水资源供需平衡模式,并对其进行安全评估。结果表明,黑河分水对中游典型灌区的影响主要表现在地表水利用量减少、地下水开采量增加、地下水水位逐年下降。现状年地下水开潜力很小,甚至有些灌区开采潜力严重不足,超采严重。现状年各灌区水资源供需平衡都已经接近安全警戒线,平川灌区已经超过安全警戒线,若今后在水资源管理、地表水和地下水统一调度、农业节水等方面没有重大突破,黑河流域水资源和生态环境安全问题将更加复杂化。; 吉喜斌康尔泗赵文智陈仁升肖生春金博文; 关键词：黑河中游水资源供需平衡安全评估人工绿洲

黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究被引量：33: 2007年; 介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为3.0 m的季节冻土区,近50 a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约1.0℃和1.7℃.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月—2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.; 陈仁升康尔泗吉喜斌阳勇张智慧卿文武白生云王连东孔庆柱雷有宏裴宗喜王军; 关键词：水文过程高山草甸

黑河中游灌区地下水位短期季节性变化趋势预测被引量：6: 2006年; 利用黑河中游平川、板桥、鸭暖和蓼泉灌区8眼观测井的1985—2002年逐月实测平均地下水位埋深资料(共1 728个月),基于帕森斯季节性指数理论,分别建立了黑河中游灌区具有代表性的平川、板桥、鸭暖、蓼泉四灌区共8眼观测井季节地下水位埋深动态变化预测模型,并用2003年各观测井的资料进行了趋势预测进行检验.结果表明:观测井地下水位变化过程呈线性递减的相关系数越显著,其拟合误差和预测误差越小.各观测井地下水位帕森斯季节性指数模型拟合差≤0.05 m的月数占总检验月数的比例平均为38.33%,拟合差≤0.10 m的月数占总检验月数的比例平均为72.50%,>0.25 m的月数占总检验月数的比例平均为2.00%;各观测井预测误差≤0.05 m的月数占总预报月数的比例平均为36.46%,预测误差≤0.10 m的月数占总预报月数的比例平均为64.38%,>0.25 m的平均比例仅为2.00%,说明帕森斯季节性指数模型可以对短期黑河中游典型灌区地下水位动态趋势进行预测.; 吉喜斌康尔泗陈仁升赵文智金博文张智慧; 关键词：黑河中游灌区地下水位变化

Temporal variations of CO_2 concentration near land surface and its response to meteorological variables in Heihe River Basin, northwest China: 2006年; Atmospheric CO2 concentration （CC） near land surface and meteorological variables have been measured at four sites, named Yeniugou （alpine meadow and permafrost）, Xishui （mountainous forest）, Linze （oasis edge） and Ejina （lower desert）, respectively, in Heihe River Basin, northwest China. The results showed that, the half hourly CC at night was larger than in daytime, and the daily averaged CC was the largest in winter. The averaged CC of 932 d at the Linze was about 418 ppm, was about 366 ppm in the 762 d at the Ejina. In the same period from September 23 to November 9, 2004, the averaged CC was about 625,334, 436 and 353 ppm, at Yeniugou, Xishui, Linze and Ejina, respectively. The linear relationship between daily averaged CC and air temperature T was negative, between CC and relative humidity （RH） was positive. The linear CC-atmospheric pressure （A P） relationship was negative at the Linze and Yeniugou, was positive at the Ejina. The relationship between CC and global radiation R was exponent, and soil temperature Ts was negative linear, and soil water content was complex. The correlation between CC and wind speed was not existent. Using meteorological variables together to simulate CC, could give good results.; CHEN Ren-sheng KANG Er-si JI Xi-bin YANG Jian-ping ZHANG Zhi-hui YANG Yong

内陆绿洲灌溉农田SPAC系统土壤水分动态模拟研究被引量：8: 2006年; 基于土壤水动力学原理,建立了内陆河流域山前农田绿洲SPAC系统土壤水分运移的子模型。应用该模型对土壤剖面含水率、农田棵间蒸发和叶面蒸腾量进行了模拟研究,并以实测值进行了验证。对相同种植与田间管理条件下的春小麦生长季田间土壤水分、土壤蒸发和叶面蒸腾量进行了预报,得到了较满意的结果。对模型主要参数土壤饱和导水率Ks、土表排水系数Wmax、净辐射Rn、风速Uz、饱和差D、作物叶面指数LAI进行了敏感性分析,得出这些参数对土壤水分运移的影响显著。应用该模型对西北干旱区内陆河流域山前绿洲灌溉农田的土壤水分均衡和作物根系吸水规律以及SPAC系统中土壤水分运移规律进行了模拟研究。; 吉喜斌康尔泗赵文智陈仁升张小由张智慧; 关键词：灌溉农田 SPAC系统土壤水分运移

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国家自然科学基金(40401012)

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