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黄河河源区是黄河干流唐乃亥断面以上区域,位于青藏高原东北部,集水面积为12.2万km2,占黄河流域面积15％左右。从上世纪90年代至本世纪,黄河的水资源供需矛盾日益加剧,水资源问题已经成为流域经济发展的关键因素。作为黄河“水塔”的黄河河源区,除了天然来水的锐减外,河源区降水也在减少,径流偏枯,荒漠化和生态及环境系统的退化也正引起举世的瞩目。因此开展黄河河源区水文监测分析研究是很必要的。
黄河源区诸多问题中,两个最突出的问题是:(1)雨量观测站点稀少,降雨的空间分布特征无法控制；(2)实际蒸散发不能正确估算。这两个问题构成了黄河河源区水文、水资源、环境、生态等情势变化不一致及水循环各环节之间关系的矛盾焦点。
本次研究采用遥感和LAS监测等先进技术,建立高海拔地区卫星估算降雨、蒸发的模式,在黄河河源地区首次实现了云、降水和实际蒸散发的时空连续监测,黄河源区大区域基于卫星数据的大尺度分布式水文模型的实时河道径流预报,实现了遥感监测、地面监测和水文预报的耦合,为黄河流域实现流域旱情监测和评估奠定了基础,对于高寒、高海拔和人口稀少的黄河河源地区极大地提高了水文水资源监测的能力水平。具体成果如下:
黄河流域建立四个LAS监测站(包括LAS和自动气象站),地点选在黄河河源和泾河流域。LAS站输出结构参数、净辐射、上下温度和风速,四个LAS站取得大量通量数据,测得的通量数据用于卫星估算的验证和参数优化。通过与气象站数据比较可得监测数据准确。
针对黄河河源区的地理环境,对高海拔地区卫星估算降雨、蒸散发进行研究。卫星降雨和蒸散发估算是本研究的核心问题,其估算模式的优劣直接影响到大尺度分布式水文模型输出、干旱监测以及水资源利用精度。
用能量平衡和卫星估算实现了大气水文因子的时空连续监测。应用能量平衡原理,利用卫星资源估算总辐射、净辐射、显热通量、1.5m温度等因子,利用LAS观测数据和GTS数据,经分析检验可得估算因子计算方法真实可靠,精度满足应用要求。
利用所得到的信息资源,建立黄河源区大尺度分布式水文模型,进行水文水资源情势分析,对有关变化作出合理解释。
进行黄河流域实现流域旱情监测和评估,为有关部门提供干旱信息。
本文地以下几个方面进行了探索和创新:
由能量平衡原理利用遥感技术实现对黄河河源区空间降雨监测、实际蒸散发空间监测以及大气因子监测分析。为河源区监测提供大量空间水文及大气信息。
实现了遥感监测、地面监测和分布式水文模型预报的耦合。
大口径闪烁仪(LAS)空间连续观测,通过LAS观测模型的净辐射、显热通量数据和卫星反演数据进行比较,对反演数据进行订正,对估算方法进行修订,起到良好的作用。
论文最后对黄河河源区冰期土壤含水量、冰情模型和融雪问题进行了展望。