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“Hydro”来自希腊语,意思是……水 (from Ancient Greek ὕδωρ (húdōr) 'water', and -λογία (-logía) 'study of') ,水文是指自然界中水的变化、运动等的各种现象。现在一般指研究自然界水的时空分布、变化规律的一门边缘学科。
水文学(Hydrology)
水文学属于地球科学,研究的是关于地球表面、土壤中、岩石下和大气中水的发生、循环、含量、分布、物理化学特性、影响以及与所有生物之间的关系的科学。
水文学家运用科学知识和数学原理来解决社会中与水有关的问题:数量、质量和可用性问题,描述水在循环中移动时的数量和质量(蒸发、降水、水流、渗透、地下水流和其他组成部分)以及空间分布等信息。
水文大地测量
《Applying Geodesy to Hydrologic Cycle Monitoring》
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2011EO160003
在大地观测中分离水文和构造信号,改进大地测量学应用于水文学的建模算法所需的进步,应用大地测量学支持水文循环监测和建模,特别是陆地水储存的附加价值。然而,在水文大地测量这一新兴领域的全部优势得到充分利用之前,需要通过点对流域观测的验证来减少模型的不确定性;提高处理和模拟位移、重力变化和水文过程的一致性;在构造活动区,需要对构造和水文信号进行联合解释。需要更高密度的地面实况网络和确保准确性的质量控制协议。
水文大地测量目前研究两大主要技术手段:GRACE+GNSS
卫星重力测量的水文应用的一个限制是空间分辨率低。 GRACE 可以间接产生次月时间尺度和 100,000 平方公里空间尺度的陆地蓄水量变化。已提出将 GRACE 与GNSS相结合以及水文模型中的原位重力观测作为克服这一限制的一种方法。密集的 GPS 网络提供有关地表位移的高分辨率信息,可与 GRACE 相结合以推导具有高空间分辨率的陆地蓄水量变化。但从 GRACE 和 GPS 得出的陆地蓄水量变化仅在有限的区域内吻合得很好!
《Hydrological applications of geodetic techniques: new observations for water science, modeling and resource management》
https://www.earthscope-program-2003-2018.org/research/synthesis_workshops/Hydro_geodesy.html
21 世纪的主要挑战之一是为不断增长的世界人口以及保护自然生态系统确保淡水资源。大地测量技术可提供对地球固体和水体表面及其随时间变化的高精度测量,是监测水资源的相当新的工具。雷达测高、激光雷达、GPS 干涉反射仪 (GPS-IR) 和 InSAR 等技术可以直接观测地表水位及其在河流、湖泊和湿地中的变化。重力观测(例如,GRACE)提供了关于陆地蓄水量及其随时间变化的间接信息。InSAR 和 GPS 还提供水文载荷的间接观测(例如,湖水位变化)以及地下水流量和储存,通过监测冲积含水层系统上方厘米级的地面沉降。GPS-IR 可用于测量土壤湿度、积雪深度和植被含水量变化。
然而,使用大地测量水文观测可能具有挑战性,原因如下:
1) 将水文载荷信号与构造和其他信号分开——大地测量提供了对由构造、大气、海洋或地幔 (GIA) 引起的水文和非水文过程引起的地表位移和重力变化的准确测量。分离各种载荷的影响对于大地测量观测的水文和构造用途都很重要。
2) 获得有意义的水文解释——水文大地测量通常描述地球表面或重力对水文过程的响应。充分利用观测结果需要了解和模拟水文过程,无论它涉及地下水流、含水层压实,还是地表附近或地表以上的水文变化。大地测量观测的机械建模通常依赖于弹性模型,这些模型在模拟更复杂的水文过程的能力方面受到限制。因此,需要采用或开发更复杂和现实的模型,以更好地解释观测到的水文大地测量信号。
3) 推进大地测量学家和水文学家之间的跨学科研究——水文大地测量观测仅提供有关水文过程的部分信息,而且通常以水文学家无法立即使用的方式提供。例如,来自湿地的 InSAR 测量可以检测地表水位变化,而水文学家需要“绝对”水位值才能得出驱动地表水流的水文水头。同样,由地下水变化引起的地面沉降测量值也不能由水文学家在他们的模型中直接使用。大地测量学家需要直接与水文学家合作以改进他们的产品。同样,水文学家没有接受过使用大地观测的培训,因此不太可能改变他们的建模软件来使用它们。
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