干旱缺资料山区日尺度流域水文气象要素空间分布研究

我国西北干旱内陆河流域径流几乎全部形成于山区，日尺度水文气象要素空间分布对山区气候和水循环研究意义重大，对日径流模拟精度影响明显。由于山区各水文气象要素空间分布差异显著，而测站稀少，目前通用的空间分布推算方法难以满足需求。本项目选择开都河流域山区为试验区，利用历史上的多个短期降雨站数据、长期气象站降雨数据与探空资料，基于试验区小气候特征和GIS空间分析技术，研究日尺度降雨空间分布推算方法；利用长期测站气温数据、辐射数据、地表温度数据和DEM，研究日尺度气温空间分布推算方法；利用日MODIS遥感积雪产品和DEM，研究云下积雪空间分布推算方法；将上述推算方法计算所得日降雨、气温、积雪空间分布数据作为日径流模拟模型的输入数据，通过对降雨产流和融雪径流的模拟，验证3个要素的推算方法。本项目将为干旱内陆山区气候变化、水循环等研究提供基础数据及其获取方法，推动相关学科的研究进展。

我国西北干旱内陆河流域水资源几乎全部形成于山区，出山口径流是下游平原地区社会经济和生态的重要水源，但又经常形成洪灾，且随全球气候变化而日渐频繁，从而使得对日径流过程甚至洪水过程的准确模拟和预报具有重要科学意义和实际需求。水文气象要素是流域水循环和水资源形成与演变的驱动因素，其时空分布是进行水文过程定量模拟所必需的基础数据。冰雪融水和降雨产流是西北干旱内陆河流的重要补给源，受降雨、气温、日照、积雪分布等多个水文气象要素共同作用影响。受海拔高度、坡度、坡向等地形特征影响，山区水文气象要素空间差异显著，而山区测站非常稀少。常规插值方法，如气温随高程递减、降水随高程增加等，都是在年尺度上总结的规律，而这些方法中的参数也是空间相异的，因而并不适合进行日尺度数据空间分布研究。本项目以开都河流域山区为试验区，利用多源数据开展了降水、气温和积雪的日空间分布研究。. 本项目中利用长期气象站降雨数据、短期降雨观测数据、土地利用数据和遥感影像以及遥感反演的植被指数、土壤水分和降水格网数据，探讨了降水空间分布。结果表明研究区土壤水分难以反映降水特征；植被指数与降水在一定区域存在非线性正比关系，但难以建立合适的定量关系进行空间扩展；全球TRMM降水数据通过降尺度分析能够在区域尺度上获得符合理论分析的结果，但在点尺度上尚不能准确反映由观测数据计算的降水差异。项目研究并确立了基于MODIS地温数据计算气温的方法，计算结果能够较好反映气温分布的空间差异。项目基于DEM数据和太阳年内运行规律计算了格网化的山区日照和晴空情况下辐射量，用于分析积雪分布，结果能够正确反映地形遮蔽的影响。MODIS积雪产品提供每日积雪分布，但云污染降低了其可用性。项目基于Terra和Aqua双星积雪产品，利用高程、辐射日照对积雪消融和积累的影响规律，设计算法进行了云遮蔽区积雪分布插值，获得了日连续积雪分布数据。采用项目研究所得各要素计算结果作为水文模型输入进行日径流过程模拟，相比常规方法计算结果作为输入，模拟精度有一定提高。总体而言，各类遥感数据的使用有助于提高对缺资料山区水文气象特征空间分布的认识，但根据地形特征增加观测是很有必要的。