不同物理参数化方案对黄河源区降雨模拟的适用性研究

为分析不同物理参数化方案在模拟黄河源区降水时的适用性,采用中尺度WRF模式中常用的5种微物理方案和3种积云对流方案进行组合,模拟黄河源区的一次降水过程,利用直方图曼哈顿距离相似度对模拟结果和实况降水空间分布进行对比,并分析各方案组合模拟的降水中心(河南站)逐小时降水分布和24h累积降水量,以得到WRF模式模拟黄河源区降水的最优方案配置,提高模拟精度。结果表明,WRF模式的各方案基本可以再现降水强度、中心和范围,基于Morrison方案的组合对降水的还原能力较好;就降水中心的降水时间序列和24h累积降水量来看,基于Morrison方案的组合与实际降水的一致性较好;Morrison微物理方案和Grell 3积云对流方案组合的模拟结果与实际降水的空间分布相似度最高,表明该方案组合是WRF模式模拟黄河源区降水过程的最优模拟方案。研究成果对于提高黄河源区降水模拟的精度有重要意义。     

WRF模式不同参数化方案对石羊河流域降水模拟的影响

为深入研究石羊河流域降水过程,选择适用于该地区的最优参数化方案组合,利用WRF3.9对石羊河流域一次降水过程进行模拟,并基于均方根误差、平均绝对误差、相关系数及降水空间分布对比分析了不同微物理、陆面过程、积云对流、行星边界层方案组合对降水模拟的影响。结果表明,不同物理过程对降水的影响各异,以微物理、陆面过程、积云对流过程最为显著,行星边界层方案的影响相对较小,但不可或缺,MRF边界层方案模拟效果较好。其中微物理、陆面过程、行星边界层、积云对流参数化方案组合为(WSM5、Noah、MRF、Grell-Devenyi)时能为石羊河流域降水模拟提供较优结果。     

不同分辨率下SWAT模型在大汶河径流模拟中的应用

以大汶河流域为例,借助SWAT模型,采用SUFI2方法进行参数率定,以Nash-Sutcliffe为目标函数,分别对2008~2009年大汶河流域8组不同分辨率组合的数据(DEM数据和土地利用数据)进行了16次迭代,每次迭代300次模拟,并通过添加两组分辨率不匹配的组合模拟,探究了分辨率匹配与否对模拟径流结果的影响。结果表明,各分辨率组合模拟的Nash-Sutcliffe效率系数(NSE系数)和决定系数(R2)均超过了0.85,偏差百分比(P_(BIAS))绝对值均小于10%,说明不同分辨率组合下模型对大汶河流域校准模拟结果均较好;分辨率不匹配的模拟结果比分辨率匹配的模拟结果稍差;30×30(DEM和土地利用分辨率均为30m)组合为大汶河流域模拟的最佳分辨率组合。     

WRF模式在江苏省沿海风能预报系统中的应用

为研究WRF模式在沿海风能预报系统中的应用能力,以江苏省大丰市某70m高测风塔的2006年观测记录为例,基于4种不同近地面层-边界层参数化方案的组合,运用WRF模式分别模拟了该塔1、4、7、10月的逐小时风速,评估了不同近地面层-边界层参数化方案组合对沿海风电场轮毂高度风速的模拟效果,分析了WRF模式模拟沿海风电场风速的误差特征。结果表明,不同近地面-边界层参数化方案组合的总体模拟效果不同,MM5similarity近地面层和YSU边界层参数化方案组合的方案A效果稍好;4种参数化方案组合对秋、冬季节的风电场风速模拟精度都要明显好于春、夏季节,存在明显的季节性;WRF模式对海向风的模拟好于陆向风,且其模拟误差存在明显的方向性,沿海地区特殊的地形分布对其有显著的影响。     

降雨时间尺度对BTOPMC模型参数及洪水模拟的影响

以分布式水文物理模型BTOPMC为平台,选取四川省东南地区湔江、石亭江、明江流域为研究区域,探讨降雨时间尺度对该模型参数的影响,以提高模型洪水模拟结果的精度,并为建立流域物理特性与模型参数之间的定量关系提供参考。结果表明,不同时间尺度下三个流域不同洪水过程模拟结果均较好,1h时间尺度下的模拟结果纳希效率明显高于2h、3h时间尺度。     

分布式水文模拟方案构建范式应用研究

利用分布式水文模拟方案构建范式,通过流域解构和解析进行拓扑重构,即考虑流域下垫面空间变异性,将流域离散成各产汇流分区,并与预报站点结合解析出各水文模拟分区集合,以建立分区间的拓扑关系.根据不同的需求构建不同的模拟方案,在ArcGIS软件平台上以东江流域为例进行历史洪水仿真模拟.结果验证此模拟方案具有优越性和灵活性,该法具有一定的适用性和参考价值.     

不同调度方案对东苕溪流域水文特征的影响

东苕溪流域是太湖流域的重要组成部分,其洪水防御关系到杭州市及杭嘉湖平原的防洪安全。为分析东苕溪流域干流上防洪工程不同调度方案对流域水文特征的影响,基于东苕溪流域的地形特点,提出在东苕溪流域不同区域分别采用水文学模型和水动力学模型进行洪水演进的预报方法。根据2008~2011年数据资料,通过率定与验证确定了各水文水动力模型参数,并设定各种组合条件分析获得了水库分洪组合、降雨组合、分洪等工况下瓶窑站、北湖闸前的水位过程,为东苕溪流域防洪及各工程调度方案制定提供了参考依据。     

目标函数不确定性对汉江安康以上流域水文模拟的影响

不同优化算法和目标函数组合将导致不同的模拟结果,进而影响流域水文预报精度。通过设定不同目标函数组合方案,对比汉江上游安康以上流域在多目标优化算法(NSGA-Ⅱ和MOPSO)下对HyMod模型性能评估的影响,并识别季尺度目标函数统计规律与模拟精度的本质联系。结果表明,NSGA-Ⅱ算法更适合于汉江流域(年尺度、季尺度模拟精度更优);模拟值与实测值的拟合误差控制函数和高流量误差控制的函数(F_2、F_3)为多目标模型参数校准的首选目标函数,其重要性大于水量模拟的误差控制函数和枯水流量的误差控制函数(F_1、F_4)。     

子流域划分对HSPF模型径流模拟效果的影响

在水文水质模拟过程中,子流域划分数量直接影响模拟结果的精确度,确定最佳子流域划分方案对提高模拟精确度至关重要。基于PEST-HSPF模型,以中河流域为例,在相同参数及不同参数条件下,采用PEST自动校准方法,判断子流域划分数量对流量模拟精确度的影响。结果表明,在相同水文参数下,子流域划分数量变化时,模拟流量的纳什系数(NSE)和可决系数(R2)在0.65~0.78之间波动,其中子流域划分数量在10~20之间对模拟结果的精确度影响最大;在不同水文参数下,径流模拟结果的NSE与R2随子流域划分数量的增加先增大后减小,相对误差(RE)在子流域划分数量介于1~10之间时急剧下降后趋于稳定;子流域划分对HSPF水文模拟效果影响显著,表现出阈值效应,当划分数量超出阈值范围时,径流模拟精度均会受到很大影响。     

基于山坡Pe'clet数推求土壤水蓄水容量

山坡几何形状影响流域水流汇聚,土壤厚度则影响径流生成,在水文过程模拟中考虑山坡地貌因素十分必要。基于山坡单元,通过研究水文相似因子山坡Pe'clet数(Pe数)在不同流域空间分布的规律,发现山坡Pe数的累积分布曲线与流域蓄水容量曲线类似,由此确定两者之间的关系式。实例验证表明,利用山坡Pe数推求流域土壤水蓄水容量的方法可行。利用关系式反推新安江模型中的参数B,对比率定参数B的径流模拟结果与推求参数B的径流模拟结果表明,推求参数B的模拟结果整体较好,避免了新安江模型中参数B的率定,进一步验证了该方法的合理可行性。