两类阈值法识别的东江流域水文干旱形成与演化过程差异

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作者 吴杰峰 王国庆 +1 位作者 陈晓宏 陈兴伟 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期52-60,共9页

基于东江流域上、下游控制断面龙川站和博罗站1956—2010年逐月流量及流域内枫树坝、新丰江和白盆珠水库逐月入库和出库流量数据,采用水库调控流量还原法,结合动态阈值法和固定阈值法识别水文干旱,系统分析了两类阈值法识别的水文干旱... 基于东江流域上、下游控制断面龙川站和博罗站1956—2010年逐月流量及流域内枫树坝、新丰江和白盆珠水库逐月入库和出库流量数据,采用水库调控流量还原法,结合动态阈值法和固定阈值法识别水文干旱,系统分析了两类阈值法识别的水文干旱形成与演化过程的差异及其对大型水库调控的响应规律。结果表明:两类阈值法针对的干旱本底概念不同,识别的水文干旱年内分布和干旱开始、峰值和终止月份差异显著;动态阈值法识别的水文干旱在年内各月均匀分布,固定阈值法识别的水文干旱集中分布在枯水季(10月至次年3月),干旱峰值多出现在11月至次年2月,干旱终止月份以汛前期3、4月为主,干旱开始、峰值和终止月份与研究区水文丰枯转换月份较吻合;两类阈值法均能较好地表征水文干旱的发展和恢复过程及其对大型水库调控的响应特征,即水库调控在缩短干旱历时、降低干旱烈度、延后水文干旱开始和峰值月份以及提前干旱终止月份等方面发挥重要作用。 展开更多

关键词 水文干旱 演化过程 阈值法 大型水库 东江流域

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考虑记忆时间的LSTM模型在赣江流域径流预报中的应用

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作者 胡乐怡 蒋晓蕾 +4 位作者 周嘉慧 欧阳芬 戴逸姝 章丽萍 付晓雷 《湖泊科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1241-1251,I0030,共12页

在气候变化条件下,准确的径流预测对水资源的规划与管理十分重要。本文基于长短时记忆神经网络(LSTM)模型,采用赣江流域外洲、峡江以及栋背水文站的逐日流量以及CN05.1日降水数据构建3个不同面积流域的径流预测模型,并通过设置不同情景... 在气候变化条件下,准确的径流预测对水资源的规划与管理十分重要。本文基于长短时记忆神经网络(LSTM)模型,采用赣江流域外洲、峡江以及栋背水文站的逐日流量以及CN05.1日降水数据构建3个不同面积流域的径流预测模型,并通过设置不同情景分析:模型的有效预见期与不同流域平均产汇流时间之间的关系,有效预见期内LSTM径流预测模型精度与记忆时间之间的关系,不同长度的预见期与模型最佳记忆时间之间的关系,同时探讨LSTM径流预测所需的记忆时间与流域面积的关系。结果表明:(1)综合考虑降水和前期径流情景下的径流预测效果最好,当预见期为1 d时,外洲、峡江、栋背站的纳什效率系数(NSE)分别可达0.98、0.96以及0.90;且其有效预见期与仅考虑降水信息的有效预见期相同,均与流域平均产汇流时间相近。(2)随着预见期的延长,不同情景下的预测精度均有不同程度的下降,其中仅考虑前期径流情景的下降率最大,说明降水信息较前期径流对径流预测效果的提升更重要。同时,随着流域面积的增加,相同预见期内径流预测精度均有所提升。(3)当预见期相同时,随记忆时间的延长,不同径流预测模型的预测精度均先上升至最高,接着具有下降趋势,最后逐渐趋于稳定。且在有效预见期内,随着预见期的延长,最佳记忆时间均有增大趋势,当达到最长的有效预见期时,对应的最佳记忆时间均为14 d。此外,在赣江流域的模拟结果表明,随着流域面积的增大,LSTM的最佳记忆时间减小。研究结果可为赣江流域的径流预报提供参考,同时有助于推求其他流域采用机器学习进行径流预测所需的最佳记忆时间。 展开更多

关键词 LSTM模型 赣江流域 记忆时间 径流预测 预见期

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基于LSTM、RF、SVR三种机器学习方法的径流预测研究

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作者 胡乐怡 付晓雷 +3 位作者 蒋晓蕾 章丽萍 章雨晨 钟奇 《水文》 CSCD 北大核心 2024年第5期17-24,共8页

为探究不同预报方案对机器学习模型径流预测的影响,以淮河王家坝~蒋家集~润河集区间流域为例,设计了七种径流预测方案,采用LSTM(长短期记忆神经网络)、RF(随机森林)以及SVR(支持向量回归)三种机器学习模型进行径流预测。研究结果表明:(1... 为探究不同预报方案对机器学习模型径流预测的影响,以淮河王家坝~蒋家集~润河集区间流域为例,设计了七种径流预测方案,采用LSTM(长短期记忆神经网络)、RF(随机森林)以及SVR(支持向量回归)三种机器学习模型进行径流预测。研究结果表明:(1)三种机器学习模型对降雨信息的敏感程度不同,且采用同时考虑径流影响因素以及前期历史径流的方案预测效果最佳,但随着预见期的延长,前期历史径流的重要性逐渐降低;(2)三种机器学习模型在不同预见期的径流预测表现有所差异:三种机器学习模型在预见期为1 d时预测精度均较高;当预见期为2~4 d时,SVR模型的预测效果较好;RF模型在预见期为5~7 d时预测精度较高。研究可为后续基于机器学习的径流预测提供参考。 展开更多

关键词 长短期记忆神经网络 随机森林 支持向量回归 径流预测 预见期 预报方案

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耦合人工神经网络模型在径流预测中的应用综述

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作者 王语浠 曹青 SHAO Quanxi 《海洋气象学报》 2024年第3期152-161,共10页

人工神经网络(artificial neural network,ANN)模型耦合其他模型或优化算法在径流预测中的应用逐渐增多。从人工神经网络模型与物理模型的耦合、多人工神经网络模型的耦合、分解技术与机器学习方法的耦合、人工神经网络模型与智能优化... 人工神经网络(artificial neural network,ANN)模型耦合其他模型或优化算法在径流预测中的应用逐渐增多。从人工神经网络模型与物理模型的耦合、多人工神经网络模型的耦合、分解技术与机器学习方法的耦合、人工神经网络模型与智能优化算法的耦合4个方面进行系统梳理和总结,阐述提高预测精度的原因及各方法的优势。同时,提出当前研究中存在的问题并进行展望,可为径流预测和水资源管理提供支持。 展开更多

关键词 径流预测 反向传播(BP)神经网络模型 循环神经网络(RNN)模型 长短期记忆(LSTM)神经网络模型 门控循环单元(GRU)神经网络模型 卷积神经网络(CNN)模型

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基于多种机器学习模型的西北地区蒸散发模拟与趋势分析 被引量：6

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作者 季鹏 袁星 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第1期69-81,共13页

基于机器学习方法和多源数据构建高精度蒸散发(Evapotranspiration,ET)产品对研究气候变化背景下干旱、半干旱地区陆地水循环变化具有重要意义。本文利用西北地区12个草地通量站点与卫星遥感产品,基于随机森林、极端梯度提升、支持向量... 基于机器学习方法和多源数据构建高精度蒸散发(Evapotranspiration,ET)产品对研究气候变化背景下干旱、半干旱地区陆地水循环变化具有重要意义。本文利用西北地区12个草地通量站点与卫星遥感产品,基于随机森林、极端梯度提升、支持向量回归和人工神经网络4种机器学习方法构建ET估算模型,制作5 km分辨率ET产品,并分析ET的长期变化趋势。交叉验证结果表明,4种模型的均方根误差都低于0.57 mm·d^(-1),R^(2)高达0.73~0.88。SHAP(SHapley Additive exPlanation)可解释性分析表明,4种模型均将净辐射、植被和土壤湿度作为ET估算的重要因子,也能刻画出土壤偏干时土壤水分对ET的限制作用,有较好的物理解释性。多模型集合的ET结果相比单一机器学习模型以及现有遥感产品误差分别降低7%~20%和45%~70%。趋势分析结果显示,西北地区非裸地下垫面在2001—2018年间整体呈现ET增加趋势,平均速率为19 mm/(10 a)。在河套平原和内蒙古中部和东北部地区,ET的增长速率超过降水,这可能会进一步加剧这些地区的干旱化。 展开更多

关键词 西北地区 蒸散发 机器学习 可解释性 趋势分析

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太湖梅梁湾浊度对风值的时滞性响应研究 被引量：1

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作者 渠姗 王健健 袁媛 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期3141-3149,共9页

基于野外高频同步观测数据,采用风值来定量表征风向风速变化,并利用广义相加模型(GAM)揭示太湖表层和底层浊度对单独风速、综合风值的滞后效应.结果表明:小风状态下(风速<4m/s或风值<3),太湖梅梁湾的浊度较低,随着风速增加,浊度... 基于野外高频同步观测数据,采用风值来定量表征风向风速变化,并利用广义相加模型(GAM)揭示太湖表层和底层浊度对单独风速、综合风值的滞后效应.结果表明:小风状态下(风速<4m/s或风值<3),太湖梅梁湾的浊度较低,随着风速增加,浊度呈持续性增长;随着风值增加,前期浊度呈增长趋势后期逐渐呈平缓趋势;风向的短期变化对浊度的影响较小,单向风的长时间累积对浊度影响较大;表层浊度对单独风速的滞后响应时间是5h45min、对风值的滞后响应时间是1h;而底层浊度对风速和风值的滞后时间分别为7h和2h;说明浊度对风速和风向均存在一定的延迟效应,随着水深的增加,由于地形等其他因素的影响,湖流存在一定垂向切变,风向对浊度变化的影响逐渐减小.该研究结论揭示仅仅研究风速对浅水湖泊的生态系统的影响存在一定不足,风向的影响不容忽视.同时考虑风向和滞后效应的双重作用对富营养化模型精度的提高有着重要影响. 展开更多

关键词 太湖 风值 浊度 滞后效应 GAM

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淮河小流域多源降水数据产品径流模拟对比分析 被引量：1

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作者 渠畅 魏玲娜 +2 位作者 董建志 徐士惠 宁玮 《人民长江》 北大核心 2023年第8期109-117,130,共10页

为研究多源降水数据产品的地区适用性,对比不同产品的水文模拟效果,选取淮河上游紫罗山、中游黄泥庄两个流域,对比分析CHIRPS、CMORPH、ERA5、IMERG 4种产品模拟流域平均降水的误差特征,利用集总式FLEX模型对产品模拟结果进行比较,探讨... 为研究多源降水数据产品的地区适用性,对比不同产品的水文模拟效果,选取淮河上游紫罗山、中游黄泥庄两个流域,对比分析CHIRPS、CMORPH、ERA5、IMERG 4种产品模拟流域平均降水的误差特征,利用集总式FLEX模型对产品模拟结果进行比较,探讨了产品在淮河流域不同位置对径流模拟效果的影响。结果表明:①两个流域CHIRPS降水误差最大,CMORPH次之,ERA5和IMERG的精度较高,上游紫罗山流域多源数据集整体高估;②不同降水数据产品径流模拟性能不一,模拟效果与产品精度评估结果基本一致,总体ERA5和IMERG模拟径流与实测吻合较好;③总体而言,4种数据集有效反映了流域的空间水文特性,上游紫罗山流域径流模拟效果优于中游黄泥庄流域。 展开更多

关键词 径流模拟 FLEX模型 卫星降水产品 淮河流域

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典型遥感降水产品的水文模拟性能评估

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作者 李艳忠 星寅聪 +9 位作者 庄稼成 杨泽龙 赵紫春 李超凡 王启素 谢雨初 王洁 董剑萍 林彬 徐兴祝 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期398-413,共16页

遥感降水具备大尺度、近实时、高精度等优点,现已被广泛应用于流域水资源评估和生态环境保护的研究。但遥感降水产品众多,性能差异较大,不同产品在特定流域的适用性需要进行综合评估。本研究以渭河流域的4个子流域为研究区,以国家气象局... 遥感降水具备大尺度、近实时、高精度等优点,现已被广泛应用于流域水资源评估和生态环境保护的研究。但遥感降水产品众多,性能差异较大,不同产品在特定流域的适用性需要进行综合评估。本研究以渭河流域的4个子流域为研究区,以国家气象局(CMA)逐日降水格点数据集为标准,借助ABCD水文模型,评估了5种典型的遥感降水产品(CHIRPS v2.0,CMORPH v1.0,PERSIANN-CDR,TRMM,MSWEP v2.0)对降水等级和水文过程模拟的性能。(1)在捕捉降水的时空变化格局方面,TRMM产品表现出较好的性能;(2)在基本统计指标和分类统计指标方面,多源集成产品MSWEP明显优于其他4种产品;但各遥感产品对中雨和大雨,尤其是大雨的预测效果欠佳;(3)在径流模拟方面,以TRMM降水作为输入时,ABCD模型模拟径流的效果明显优于其他遥感产品,其NSE在渭河上游、泾河上游、马莲河和北洛河分别达到了0.66、0.46、0.56和0.55。TRMM产品在捕捉降水空间格局和径流模拟方面优越,而MSWEP的统计性能较为优越。本文的研究结果,可为半干旱半湿润区域水文和气象等应用研究,在遥感降水数据源的选择方面提供科学参考依据,还可为黄河流域生态保护和高质量发展提供数据支撑。 展开更多

关键词 遥感降水 渭河流域 ABCD模型 性能评估 MSWEP

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基于生态径流指标的漳河流域匡门口站水文情势变化研究

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作者 潘滢 郝文龙 +2 位作者 吕树霞 田永康 常晨旭 《水电能源科学》 2024年第11期16-20,共5页

科学理解生态径流变化机制和生态水文情势变化对优化治理流域方略、合理布局水利工程措施以达到抗旱减灾的目的尤为重要。应用基于流量过程线的月、季、年3种时间尺度的生态径流计算方法,将超月第75分位数流量过程线的月多余径流与月可... 科学理解生态径流变化机制和生态水文情势变化对优化治理流域方略、合理布局水利工程措施以达到抗旱减灾的目的尤为重要。应用基于流量过程线的月、季、年3种时间尺度的生态径流计算方法,将超月第75分位数流量过程线的月多余径流与月可能的最大多余径流比值定义为月生态盈余,第25百分位数流量过程线以下的月不足径流与月可能最大不足径流比值定义为月生态赤字,季、年生态径流类似,按生态赤字情况划分为4个生态风险等级,并用此方法评估漳河流域匡门口水文站在变异节点前后的生态水文情势变化。结果表明,匡门口3、5月生态径流变化明显,3、5月的生态赤字相比变异前分别增大了598.04%、639.94%;所有月份中、高风险年份比例增加;夏、冬季的生态赤字分别增大了579.27%、513.54%,四季的中、高风险年份的比例均增加。香农多样性指数与年生态赤字的loess拟合具有高相似性。研究结果可为提升生态径流水文情势变化认识和调控措施及建设水生态理论提供评估手段。 展开更多

关键词 生态径流 水文情势 风险评估 匡门口水文站 漳河流域

原文传递

多源融合降水产品SUPER在汉江流域的时空精度评估

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作者 刘松岩 魏玲娜 +2 位作者 董建志 葛慧 齐丹 《地球信息科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期1335-1349,共15页

当前的多源降水数据融合技术多基于地面雨量站观测进行校正与融合,但地面观测本身存在一定的不确定性,尤其在地面雨量站点匮乏的地区,基于数理不确定性理论的多源降水融合技术可以在不依赖于地面观测数据的基础上确定各降水数据集的误... 当前的多源降水数据融合技术多基于地面雨量站观测进行校正与融合,但地面观测本身存在一定的不确定性,尤其在地面雨量站点匮乏的地区,基于数理不确定性理论的多源降水融合技术可以在不依赖于地面观测数据的基础上确定各降水数据集的误差及其互相关性,逐格点确定最优晴雨分类时间序列,有效提高了融合产品的可靠性。为了评估由该理论框架发展而来的新一代降水数据优化融合产品SUPER(Statistical Uncertainty Analysis-based Precipitation mERging Framework),本研究在汉江流域上游汉中流域以及中游郭滩流域,利用地面高密度雨量站点的观测数据,选取再分析降水数据ERA5(ECMWF Reanalysis v5)、卫星降水产品IMERG(Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM),从不同时空尺度,对比SUPER的精度及性能。结果表明:①相比ERA5与IMERG,SUPER产品在日、月两种尺度上均具有更优表现,与地面站点实测降水一致性更高、误差更小、误报率最低、探测成功率最高;②SUPER产品在地势平缓地区比在地形复杂地区性能更佳,地形对SUPER产品精度的影响在降水事件识别能力上更为显著,在地形复杂地区降水产品的精度会随地势升高而降低;③SUPER的融合算法及数据集可以有效的降低降水数据的随机误差与晴雨分类误差,但对系统偏差处理相对较为简单,仍有较大的改进空间。本研究综合的分析了SUPER产品在研究区的性能,为后续产品的实际应用与改进奠定了研究基础。 展开更多

关键词 降水产品 SUPER IMERG ERA5 时空尺度 精度评估 汉江流域

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基于Copula函数的江淮流域梅雨期台风降水量与梅雨雨强遭遇概率分析

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作者 姚飛 段尧彬 +4 位作者 秦勇 许利文 王仲昌 马蕴琦 杨秀芹 《水电能源科学》 2024年第11期41-45,40,共6页

在气候变化和城市化背景下,江淮流域台风与梅雨遭遇时的降水概率特征尚不明晰。为此,基于1961~2020年江淮流域及其子区域梅雨期台风降水量与梅雨雨强,使用Copula函数建立并求解台风与梅雨遭遇概率模型,分析了梅雨期台风降水量与梅雨雨... 在气候变化和城市化背景下,江淮流域台风与梅雨遭遇时的降水概率特征尚不明晰。为此,基于1961~2020年江淮流域及其子区域梅雨期台风降水量与梅雨雨强,使用Copula函数建立并求解台风与梅雨遭遇概率模型,分析了梅雨期台风降水量与梅雨雨强的联合概率分布、联合重现期和50年联合重现期对应的降水量。结果表明,江淮流域台风与梅雨遭遇时低台风降水量、高梅雨雨强事件发生的概率较大,高台风降水量、低梅雨雨强和高台风降水量、高梅雨雨强事件发生的概率较小,梅雨期台风降水量与梅雨雨强的联合重现期大多不超过5年,梅雨期台风降水量与梅雨雨强双变量50年联合重现期对应的降水量比单变量50年重现期对应的降水量大,说明台风与梅雨遭遇概率分析能反映出两者同时发生时较强的致灾能力,可为江淮流域暴雨洪涝灾害事件预警和水资源调度提供参考。 展开更多

关键词 Copula函数 江淮流域 台风 梅雨 遭遇概率

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干旱胁迫下植被生态韧性研究进展 被引量：2

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作者 王田野 王平 +7 位作者 吴泽宁 尹君 于静洁 王慧亮 于志磊 许红师 尹立河 严登华 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期790-801,共12页

在全球变化背景下,全球陆地植被生态系统如何响应和适应日益加剧的干旱环境,即干旱胁迫下植被生态韧性的空间格局和演变机理,成为当前生态学和生态水文学研究的核心内容之一。近年来,围绕植被变化与水分胁迫关系的研究不胜枚举,对其机... 在全球变化背景下,全球陆地植被生态系统如何响应和适应日益加剧的干旱环境,即干旱胁迫下植被生态韧性的空间格局和演变机理,成为当前生态学和生态水文学研究的核心内容之一。近年来,围绕植被变化与水分胁迫关系的研究不胜枚举,对其机理的认识不断深入。然而,对于植被生态韧性的阐释仍存在较大的分歧和争议,主要原因之一是对生态韧性内涵的理解尚未统一。针对这一问题综合了国内外学者的观点,认为解析生态韧性不仅应当考虑干旱事件下的系统抵抗和恢复能力,更应从系统演化的角度解析变化环境下的系统应对与适应行为,即抵抗力、恢复力和适应性应该是衡量生态韧性的3个最重要的维度。围绕这3个主要维度梳理了国内外近期研究成果,从生态韧性特征的空间格局、影响机理以及适应策略方面,总结了学术界当前对生态韧性的主要认识和待解决的关键问题。旨在通过对生态韧性概念的辨析和研究现状的梳理,促进学界就生态韧性的界定及其定量方法方面展开讨论,从而为解释韧性演变规律及其内在机理奠定基础。 展开更多

关键词 生态韧性 植被变化 干旱 生态系统 恢复力

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长江流域雨季特征时空变化规律及遥相关分析

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作者 曹青 张汉辰 +1 位作者 陈玺 张越关 《环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期101-107,共7页

利用1960—2020年长江流域126个气象站点的降雨数据,采用滑动t检验法确定长江流域各站点的雨季起讫时间和雨季降雨量的时空分布规律,揭示了长江流域雨季特征变化与海表温度及大气环流的相关性。结果表明:长江流域的雨季开始时间、结束... 利用1960—2020年长江流域126个气象站点的降雨数据,采用滑动t检验法确定长江流域各站点的雨季起讫时间和雨季降雨量的时空分布规律,揭示了长江流域雨季特征变化与海表温度及大气环流的相关性。结果表明:长江流域的雨季开始时间、结束时间以及雨季降雨量具有明显的年代际和空间变化特征。从空间分布上看,雨季特征具有从东南向西北递减的带状分布规律;从时间变化规律上看,雨季特征具有明显的波动性。雨季特征的变化规律与海表温度及太平洋北部的反气旋密切相关,升高的海表温度会导致长江流域雨季开始时间延迟、结束时间提前以及降雨量减小,研究结果对掌握长江流域雨季特征与海表温度的遥相关性具有重要意义。 展开更多

关键词 雨季特征 时空演变 长江流域 海表温度

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