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2018年科研成果
2019-05-17 | 【  【关闭】

2018年实验室在国内外刊物上共发表论文218篇,其中SCI/SSCI索引134篇;在本学科领域1区发表的SCI论文33篇,占总SCI论文数的24.6%。获得6项发明专利授权,38项软件著作权,获得省部级科技奖励4项,其他奖励8项。

 

代表性研究工作进展

1、  水循环关键过程对植被“变绿”响应的区域分异机理与模拟

作为陆地表层系统圈层间联系的纽带,陆地水循环受气候和下垫面共同影响。近年来,在全球变暖、CO2浓度上升和退耕还林等政策的综合影响下,我国植被显著增加(变绿“Greening”),下垫面的变化势必会改变流域水循环过程。依托国家自然科学基金重点项目,研究团队发现、揭示和模拟了蒸发、径流等水循环关键过程对植被“变绿”响应的区域分异,为植被“变绿”影响下的流域水资源差异化管理提供了科学支撑。

1)发现了径流对植被“变绿”的响应具有显著区域分异性。在分析我国植被“变绿”最为显著的四个流域——黄河中游、汉江上游、赣江上游和珠江上游的水文气象变化发现:2000年以来,植被“变绿”导致黄河中游河龙区间年均径流下降38%、汉江上游流域年均径流下降11%;植被“变绿”对赣江和珠江上游流域的年均径流影响不显著,但植被“变绿”改变了赣江和珠江上游流域径流的季节分配和径流成分,导致赣江和珠江上游流域枯水期径流增加16%~31%,汛期径流减小4%~7%;基流比重显著增加。

2)揭示了流域水热条件差异是径流响应区域分异的原因。流域蒸发直接决定径流,流域蒸发受水分和能量限制。基于水热条件,黄河中游和汉江上游流域为水分限制区;赣江上游和珠江上游流域为能量限制区。发现植被“变绿”后,截留和下渗增加。在水分限制流域,增加的截留和下渗大部分消耗于蒸发和蒸腾,导致径流下降;在能量限制流域,没有多余的能量来蒸发增加的截留和下渗水分,蒸发和径流变化不显著;但增加的截留和下渗水分以基流形式汇入河道,增加基流,补给枯水期径流,减小了汛期径流。

3)模拟了植被“变绿”下的流域水循环响应过程。蒸发的模拟计算是植被“变绿”影响下水循环模拟的关键。发现国际广泛应用的Advection-Aridity蒸发模型没有充分反映水分和能量限制对蒸发的影响,导致蒸发模拟精度在能量限制区偏低。引入干燥指数改进了该蒸发模型在不同区域的适用性。模型提出者美国工程院院士Brutsaert W.充分肯定这一改进,与团队合作发表论文展示该成果。基于研究团队的HIMS水循环综合模拟系统,耦合改进的蒸发模型,构建了综合考虑了植被“变绿”对水循环过程影响的HIMS-PML模型,模拟了我国0.05°×0.05°的径流深、蒸发、蒸腾、土壤水等水文要素。构建的模型在黄委会水文局得到了良好应用。

受邀在“2018年水利学会年会”、“中国地理学大会”和“2018年中国水文地理学术年会”做主题报告。2018年度发表学术论文14篇,其中TOP论文8篇。研究团队青年学者先后入选20182019年度“中国科学院青年创新促进会”。

2、  无资料地区/全球径流信息估算方法

研究组利用公开数据资料,探索了机器学习方法在估算径流系数/径流中的应用,建立了径流系数/径流估算的大数据框架,初步实现了对无资料地区/全球天然径流的高精度估算。在对中国国际河流和世界水资源评价的应用中,机器学习方法的估算结果比现有径流产品精度高。

生成了一套高精度的国际河流地区和全球径流系数/径流分布数据集,可为地区和全球水资源研究提供基础数据支撑。研究组基于生成的全球径流分布数据集,统计出具有一致性的“一带一路”地区分国别水资源量,对水资源的分布格局进行分析,初步厘清了国家间的水资源关系。

基于以上研究,研究组还对全部中国国际河流水资源和水资源安全状况进行了分流域分国别的系统评价。整个中国国际河流的水资源安全程度为比较安全,但不同河流不同国家的水资源安全程度差异较大。东北和西北国际河流水资源安全程度为比较安全;西南国际河流中,印度、巴基斯坦、孟加拉国等人口密度大、灌溉耕地面积占比高的国家,存在较高的水资源安全风险。

研究仅利用公开数据就可以获得相对可靠的分国别的多年平均径流量数据,不依赖各国的保密数据,方法公开、结果可信,利用机器学习方法可以提供比传统的基于物理机制的水文模型的结果更好。研究成果为无资料地区/全球的水资源评价、跨境水资源分配等提供基础数据支撑,相关成果在水资源领域TOP期刊Water Resources Research上发表论文1篇,出版专著1部。


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