基于分布式水文模拟的干旱综合评估及演变机制研究

The occurrence and development of droughts affected by hydrological and meteorological characteristics, in the drought evaluation we need to consider the influence of the hydrological and meteorological variations. However, the existing drought evaluation model did not perform well in the hydrological process affects describing. The proposed project will collect the multi-source information from ground observation, remote sensing inversion and historical record and utilize the statistical diagnosis, mechanism analysis, numerical modeling methods to evaluate the droughts. The research aims to (1) adopt the leaf area index (LAI) based Penman Monteith model and SCS-CN model to improve the evaporation and storage capacity calculation in the hybrid rainfall-runoff model, and the new hydrological model can reflect the effects of topography, soil properties and vegetation cover on runoff; (2) establish a physically-based Palmer Drought Severity Index (PDSI) drought monitoring mode using the distributed hydrological model simulations to improve the insufficient that the traditional PDSI model using a simple water balance model to calculate the water deficit, and using the SPI based standardization idea to improve the PDSI model’s standardization process, and the new physically-based drought monitoring mode can reveal the drought evolution characteristics in the changing environment; (3) simulate the drought processes under different climate and land use/cover scenes and quantitative analyze the influences of climate and land use/cover changes on the drought evolution. The research will promote the drought disaster monitoring and comprehensive response abilities in China.

干旱的发生、发展受到气象和水文特性的影响，在评估干旱时需要考虑气象和水文要素时空变异性对干旱的作用机制，而现有的干旱评估指标在描述水文过程影响方面存在明显不足。本项目结合地面观测、遥感反演和历史记载信息，综合利用统计诊断、机理分析和数值建模方法：（1）采用基于叶面积指数的Penman Monteith模型和SCS-CN模型，改进传统混合产流模型中蒸散发和蓄水容量计算，建立显式表征地形地貌、土壤特性、植被覆盖对流域蒸散发、产汇流时空异质性影响的分布式混合产流模型；（2）耦合分布式混合产流模型与PDSI旱度模式，借鉴SPI标准化思想改进PDSI模式中标准化过程，构建机理性PDSI干旱综合评估模式，揭示变化环境下流域干旱时空演变规律；（3）模拟不同气候与土地利用/覆被情景下干旱演变过程，探究气候与土地利用/覆被变化对干旱演变的影响机理。研究成果对提升我国干旱灾害监测预警与综合应对能力具有重要意

干旱的发生、发展受到气象和水文特性的影响，在评估干旱时需要考虑气象和水文要素时空变异性对干旱的作用机制，而现有的干旱评估指标在描述水文过程影响方面存在明显不足。本项目结合地面观测、遥感反演和历史记载信息，综合利用统计诊断、机理分析和数值建模方法，系统开展了基于分布式水文模拟的干旱综合评估与演变机制研究，取得以下成果：.（1）利用多源下垫面空间信息，发展了基于遥感的蒸散发计算模型PML，创建了组合蓄满与超渗两种产流机制、耦合PML的新一代分布式新安江模型，该模型显式表征了地形、叶面积指数、根系、植物生理等特性对流域产汇流过程的作用机理。.（2）耦合分布式水文模型与帕默尔干旱指数（PDSI）构建了机理性PDSI指数，改进了PDSI中蒸散发能力和水量平衡的计算，有效解决了原始PDSI指数对气温敏感性过高的问题。机理性PDSI指数强化了对流域水文过程物理机制的描述，反映的干旱面积、趋势等特征更加客观合理。.（3）提出了变动阈值计算方法（TLMv）和基于参数移植的标准化径流指数（SRIt）计算方法，研究了水资源量发生显著变化的老哈河流域水文干旱演变特征。结果显示，当考虑人类活动影响时，使用两种方法识别出的实际水文干旱较自然干旱，在历时上分别扩大了3-9倍和4-12倍（前者为TLMv方法识别结果，后者为SRIt方法识别结果，下同），在干旱严重程度上分别扩大了4-11倍和8-15倍。.（4）基于变动阈值TLM法和移植参数SRI法，提出了定量评估气候变化和人类活动对水文干旱影响的概念性框架，计算了北方半干旱的老哈河流域1980年以来环境变化对水文干旱影响的相对贡献，发现人类活动是影响水文干旱的主导因素，且其贡献率呈现年代季上升的趋势。.（5）迄今为止，本项目发表学术论文14篇（其中SCI检索论文10篇、EI检索论文1篇），参编英文专著1部，申报发明专利、软件著作权各1项，获教育部自然科学二等奖1项（4/12），培养博士研究生2名、硕士研究生4名，参加国际学术会议2人次、国内学术会议7人次。