Advances in Geosciences

Tóm tắt. Việc đánh giá hành vi và hiệu suất của mô hình thủy văn thường xuyên được thực hiện và báo cáo thông qua việc so sánh các biến được mô phỏng và quan sát. Thường thì, những so sánh này được thực hiện giữa lưu lượng dòng chảy được mô phỏng và lưu lượng đo đạc tại cửa xả của lưu vực. Trong các phương pháp mô hình hóa thủy văn phân phối, các so sánh bổ sung giữa các đo đạc được mô phỏng và quan sát cho việc xác nhận đa phản ứng có thể được tích hợp vào quy trình đánh giá nhằm xác định hiệu suất mô hình tổng thể. Trong cả hai phương pháp, đơn phản ứng và đa phản ứng, các tiêu chí hiệu suất thường được các nhà thủy văn sử dụng để cung cấp một đánh giá khách quan về "độ gần gũi" của hành vi mô phỏng với các phép đo quan sát. Trong khi có một số tiêu chí hiệu suất như hiệu suất Nash-Sutcliffe, hệ số xác định và chỉ số đồng thuận thường được sử dụng trong các nghiên cứu mô hình hóa thủy văn và được báo cáo trong tài liệu, vẫn còn một số lượng lớn các tiêu chí hiệu suất khác để lựa chọn. Việc lựa chọn và sử dụng các tiêu chí hiệu suất cụ thể cùng với việc diễn giải kết quả có thể gặp khó khăn ngay cả với những nhà thủy văn có kinh nghiệm nhất vì mỗi tiêu chí có thể đặt sự nhấn mạnh khác nhau vào các loại hành vi mô phỏng và quan sát khác nhau. Trong bài viết này, tính hữu ích của một số tiêu chí hiệu suất được khảo sát qua ba ví dụ bằng cách sử dụng một đồ thị lưu lượng quan sát đơn giản.

Tóm tắt. Bài báo này đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với độ nghiêm trọng của hạn hán ở vùng Thessaly, Hy Lạp. Chỉ số Lượng mưa chuẩn hóa (SPI) đã được sử dụng để ước lượng độ nghiêm trọng của hạn hán. Một hệ thống thông tin địa lý được áp dụng để chia vùng Thessaly thành mười hai khu vực thủy văn đồng nhất dựa trên địa hình của chúng. Giá trị lượng mưa trung bình hàng tháng từ 50 trạm lượng mưa ở Thessaly trong giai đoạn thủy văn từ tháng 10 năm 1960 đến tháng 9 năm 1990 đã được sử dụng để ước tính lượng mưa trung bình theo vùng. Các chuỗi thời gian lượng mưa này đã được sử dụng để ước tính Chỉ số Lượng mưa chuẩn hóa (SPI) cho nhiều khoảng thời gian (1-, 3-, 6-, 9- và 12 tháng) cho mỗi tiểu lưu vực hoặc khu vực. Các dữ liệu đầu ra của Mô hình quay vòng toàn cầu CGCM2 được áp dụng cho hai kịch bản kinh tế - xã hội, cụ thể là SRES A2 và SRES B2 để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với hạn hán. Các đầu ra của GCM đã được điều chỉnh về quy mô cho vùng Thessaly bằng phương pháp thống kê để ước tính chuỗi thời gian lượng mưa cho hai giai đoạn tương lai 2020–2050 và 2070–2100. Một phương pháp đã được đề xuất để ước tính các đường cong độ nghiêm trọng hạn hán tích lũy theo năm - thang thời gian - tần suất. Các đường cong này tích hợp độ nghiêm trọng và tần suất của các loại hạn hán khác nhau. Các chuỗi thời gian SPI và độ nghiêm trọng hạn hán tích lũy theo năm đã được ước tính và so sánh với các chuỗi thời gian và giá trị tương ứng của giai đoạn lịch sử từ 1960 đến 1990. Kết quả cho thấy rằng độ nghiêm trọng hạn hán hàng năm gia tăng cho tất cả các khu vực thủy văn và các thang thời gian SPI, với kịch bản kinh tế - xã hội SRES A2 là cực đoan nhất.

Tóm tắt. Nghiên cứu này đánh giá hiệu suất của bốn phương pháp bốc hơi thoát nước (Priestley-Taylor, Penman-Monteith, Hargreaves và Makkink) với độ phức tạp khác nhau trong một môi trường bán khô hạn ở miền bắc Trung Quốc. Kết quả được so sánh với lưu lượng hơi nước quan sát được từ các phép đo flux rối. Phân tích này trở nên cần thiết sau khi mô phỏng dòng chảy bằng phiên bản tự động hiệu chỉnh của Công cụ Đánh giá Đất và Nước (SWAT) không tái tạo được các phép đo dòng chảy. Mặc dù khu vực nghiên cứu nhận hầu hết lượng mưa hàng năm trong thời kỳ sinh trưởng, nhưng nhiệt độ cao có thể gây ra tình trạng khan hiếm nước. Chúng tôi khảo sát phương pháp bốc hơi thoát nước nào phù hợp nhất cho môi trường này và liệu hiệu suất của mô hình SWAT có thể được cải thiện với phương pháp bốc hơi thoát nước phù hợp nhất hay không. Các mô hình bốc hơi thoát nước được kiểm nghiệm trong hai năm liên tiếp với lượng mưa khác nhau. Nhìn chung, các phương trình Hargreaves và Makkink đơn giản vượt trội hơn so với các phương pháp phức tạp hơn là Priestley-Taylor và Penman-Monteith, mặc dù hiệu suất của chúng phụ thuộc vào tính khả dụng của nước. Tuy nhiên, tác động đến chất lượng mô phỏng dòng chảy của SWAT vẫn ở mức nhỏ. Mặc dù bốc hơi thoát nước là một quá trình quan trọng trong thủy văn của môi trường đồng cỏ này, phân tích của chúng tôi chỉ ra rằng các yếu tố thúc đẩy khác vẫn cần được xác định để cải thiện mô phỏng SWAT.

Tóm tắt. Sự phân bố không gian của việc tích lũy tuyết ảnh hưởng lớn đến quá trình lưu trữ nước theo mùa và sự phát sinh dòng chảy trong các lưu vực núi cao. Trong khi diện tích của lớp tuyết có thể được ghi nhận qua dữ liệu vệ tinh, việc đo đạc sự phân bổ độ sâu tuyết và do đó lượng nước tuyết (SWE) trên quy mô lưu vực là khá khó khăn. Nghiên cứu này trình bày ứng dụng của dữ liệu LiDAR trên không (Light Detecting And Ranging) để trích xuất độ sâu tuyết và phân bố tích lũy trong một lưu vực alpine. Các phép đo LiDAR trên không được thực hiện ở một lưu vực có băng tuyết tại dãy núi Ötztal vào đầu và cuối ba mùa tích lũy. Các mô hình địa hình kỹ thuật số (DEMs) tạo ra đã được sử dụng để tính toán sự thay đổi độ cao bề mặt trong suốt mùa đông. Những thay đổi về độ cao bề mặt này chủ yếu được coi là độ sâu tuyết và được thảo luận với liên quan đến lượng mưa đã đo được và các đặc điểm không gian của sự phân bổ tích lũy trong các khu vực có băng tuyết và không có băng tuyết. Để xác định sự tái phân bố lượng mưa lưu vực, độ sâu tuyết đã được chuyển đổi thành SWE bằng một mô hình hồi quy đơn giản. Các gradient tích lũy tuyết và sự redistributions tuyết đã được đánh giá cho các dải độ cao 100 m. Những thay đổi trung bình về độ cao bề mặt của toàn bộ lưu vực dao động từ 1,97 m đến 2,65 m trong các mùa tích lũy đã phân tích. Bằng cách phân tích sự phân bố độ sâu tuyết, các mẫu phụ thuộc vào độ cao đã được xác định như một hàm của địa hình về phương diện và độ dốc. Các DEM độ phân giải cao cho thấy rõ sự biến đổi cao hơn của độ sâu tuyết trong các khu vực thô ráp không có băng tuyết so với độ sâu tuyết trên các bề mặt băng mịn. Độ sâu tuyết trung bình trong các khu vực có băng tuyết cao hơn so với các khu vực không có băng tuyết. Độ sâu tuyết trung bình tối đa của các dải độ cao 100 m được tìm thấy giữa 2900 m và 3000 m so với mực nước biển trong các khu vực không có băng tuyết và giữa 2800 m và 2900 m so với mực nước biển trong các khu vực có băng tuyết tương ứng. Các gradient tích lũy đã tính toán dao động từ 8% đến 13% cho mỗi dải độ cao 100 m trong lưu vực quan sát. Sự phân bố độ cao của sự tích lũy được tính toán bằng cách áp dụng các gradient theo mùa này so với sự phân bố độ cao của SWE thu được từ dữ liệu quét laser trên không (ALS) cho thấy sự tái phân bố tổng thể của tuyết từ các dải cao hơn sang thấp hơn. Cung cấp cả thông tin về sự phân bố không gian của độ sâu tuyết và do đó thể tích của lớp tuyết, dữ liệu ALS là một nguồn quan trọng cho các phép đo tích lũy tuyết rộng rãi trong các lưu vực cao alpin. Những thông tin này về các đặc điểm không gian của sự phân bố tuyết là rất quan trọng để hiệu chỉnh các mô hình thủy văn nhằm tính toán một cách thực tế về sự phát sinh dòng chảy theo thời gian do tuyết tan.

Tóm tắt. Địa trung hải phía Tây nói chung và Catalonia nói riêng thường bị ảnh hưởng bởi các sự kiện thời tiết có tác động lớn (HIW), chủ yếu là mưa lớn (HR) và gió mạnh (SW). Việc cải thiện sự hiểu biết và dự báo chính xác cho những sự kiện này là mối quan tâm chính của các nhà khí tượng học trong khu vực. Trong nghiên cứu này, các sự kiện HR và SW tại Catalonia được liên kết với cơ sở dữ liệu về bão một cách khách quan trong 9 năm (từ tháng 6 năm 1995 đến tháng 5 năm 2004). Kết quả cho thấy rằng trong hầu hết các sự kiện HR, một cơn bão nằm gần Catalonia, theo cách mà việc cung cấp dòng ẩm vào khu vực bị ảnh hưởng được thuận lợi. Các cơn bão này có thể là nông và yếu hoặc sâu và mạnh. Một cơn bão đồng thời cũng dường như có liên quan đến nhiều sự kiện SW. Tuy nhiên, các sự kiện SW khác dường như có liên quan đến các dòng lưu lượng quy mô trung bình và, do đó, không phải lúc nào cũng được ghi nhận tốt trong cơ sở dữ liệu về bão. Cuối cùng, các sự kiện HR và SW đồng thời được phân tích. Trong hầu hết các sự kiện như vậy, một cơn bão sâu nằm ở gần Catalonia.

Tóm tắt. Trong mô hình lũ lụt, nhiều mô hình kết hợp 1D và 2D cũng như các mô hình 2D được sử dụng để mô phỏng sự chuyển hướng của nước từ các con sông qua các điểm vỡ đê vào vùng nội địa trong các sự kiện lũ lụt cực đoan. Tuy nhiên, những mô hình này đòi hỏi rất nhiều dữ liệu và tài nguyên tính toán, điều này là một yếu tố quan trọng khi phân tích độ không chắc chắn bằng các kỹ thuật Monte Carlo được sử dụng để bổ sung cho quá trình mô hình hóa. Mục tiêu của bài báo này là trình bày sự phát triển của một phương pháp mô hình hóa quasi-2D, mà vẫn tính toán sóng động trong 1D nhưng việc phân rã các đơn vị tính toán lại ở dạng 2D, cho phép đại diện không gian tốt hơn về dòng chảy trong nội địa do sự vỡ đê mà không cần đầu tư lớn thêm về xử lý dữ liệu và thời gian tính toán. Một đại diện 2D của dòng chảy và các trường vận tốc là cần thiết để mô hình hóa sự vận chuyển trầm tích và chất ô nhiễm vi mô. Mô hình DYNHYD (thủy động lực học 1D) từ gói mô hình WASP5 đã được sử dụng làm cơ sở cho các mô phỏng. Mô hình này đã được mở rộng để kết hợp phương pháp quasi-2D và một phân tích Monte Carlo đã được sử dụng để thực hiện phân tích độ nhạy lũ lụt nhằm xác định độ nhạy của các tham số và điều kiện biên đối với dòng nước kết quả. Một sự kiện lũ lụt cực đoan trên sông Elbe, Đức, với một khu vực có khả năng bị vỡ đê đã được sử dụng làm trường hợp thử nghiệm. Kết quả cho thấy sự tương đồng tốt với những dữ liệu thu được từ một nghiên cứu mô hình hóa 1D/2D khác.

Tóm tắt. Giữa các năm 2004 và 2005, kế hoạch ra mắt vệ tinh độ biến thiên trọng lực đầu tiên đã được thực hiện. Vệ tinh này sẽ là một yếu tố quan trọng trong Nhiệm Vụ Khảo Sát Lĩnh Vực Trọng Lực và Giao Thoa Thủy Tĩnh Đại Dương (GOCE). Nhiệm vụ này là một trong số lý do để thực hiện nghiên cứu mô phỏng về Độ Biến Thiên Trọng Lực Vệ Tinh. Công trình của chúng tôi bao gồm mô tả lý thuyết và kết quả mô phỏng của việc xác định quỹ đạo vệ tinh sử dụng các quan sát trọng lực tensor. Trong quá trình xác định quỹ đạo vệ tinh, các điều chỉnh vector trạng thái động ban đầu được thu được. Những điều chỉnh này được ước lượng thông qua các phép đo độ biến thiên trọng lực. Các mô phỏng được thực hiện xác nhận khả năng xác định quỹ đạo vệ tinh thông qua các quan sát tensor trọng lực. Từ khóa. địa chất vệ tinh, độ biến thiên trọng lực vệ tinh, quỹ đạo vệ tinh.