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为了能够进一步改善高寒山区融雪径流的模拟精度,更好地指导冰川融雪区域水资源的可持续开发利用,以伊犁河流域为典型研究区,采用具有高分辨率模拟精度的中尺度气象数值模拟(WRF)模式单向耦合可变下渗能力(VIC)水文模型,并借助数据同化方法改善WRF模式的气象模拟精度,构建基于数据同化校正后的WRF-VIC陆气耦合模型,开展高寒山区融雪径流模拟研究。
借助GFS再分析数据作为WRF模式的初始条件,选取14个物理参数组合方案,采用9km:3km的双层嵌套方式对研究区三个时段的降水和气温进行模拟。结果表明,(1)通过对比14个组合方案三个时段降水和气温模拟值的均方根误差、标准差比值和平均误差,优选方案a(LIN-EX-MYJ)作为研究区的最佳参数组合方案;(2)WRF模式对研究区降水和气温模拟值偏低,三个时段每小时降水的平均误差分别是-0.24mm、-0.15mm和-0.02mm,气温的平均误差分别是-2.96℃、-3.49℃和-2.23℃。
借助NCEPADP探空数据和NCEPGDAS卫星资料(ATOVS、MHS和AMSUA),采用不同嵌套形式对WRF降水和气温模拟结果进行同化。结果表明,三个嵌套同化方案和四种观测资料均提高了WRF气象要素模拟精度,其中借助ADP探空数据采用两层嵌套(D01+D02)方案的改善程度最大,每小时降水的均方根误差由0.75mm降低到0.64mm,平均气温均方根误差由3.49℃降低到1.29℃。
基于ERA-Interim降水数据与实测降水数据的误差特征,采用不同降水校正方法对ERA-Interim降水数据进行校正。结果表明,以多年月降水比值作为校正系数对降水的校正效果最好,月平均降水误差由8.38mm降低到-0.26mm;借助ERA-Interim数据和三种线性校正后的降水数据分别驱动VIC水文模型,开展融雪径流模拟研究。结果表明,以多年月降水比值作为校正系数的径流模拟效果最好,月尺度径流模拟结果的纳什效率系数和相对误差分别为0.81和13.61%,日尺度径流模拟结果的纳什效率系数和相对误差分别为0.63和9.71%。
为了改善VIC水文模型的汛期径流模拟精度,以WRF模式2004年汛期(5~8月)的气象要素模拟结果和2004年非汛期的ERA-Interim气象数据作为VIC水文模型的气象输入数据,构建WRF-VIC陆气耦合模型,对研究区2004年日径流过程进行模拟。结果表明,WRF-VIC陆气耦合模型的非汛期径流模拟效果较好,汛期(5~8月)模拟效果欠佳,汛期径流总误差为-81.85mm;再以WRFDA模型2004年汛期(5~8月)的气象要素同化结果和2004年非汛期的ERA-Interim气象数据作为VIC水文模型的气象输入数据,开展WRFDA-VIC陆气耦合模型的径流模拟。结果表明,数据同化改善了WRF-VIC陆气耦合模型汛期径流模拟效果,汛期径流总误差由-81.85mm降低到-68.86mm。
借助GFS再分析数据作为WRF模式的初始条件,选取14个物理参数组合方案,采用9km:3km的双层嵌套方式对研究区三个时段的降水和气温进行模拟。结果表明,(1)通过对比14个组合方案三个时段降水和气温模拟值的均方根误差、标准差比值和平均误差,优选方案a(LIN-EX-MYJ)作为研究区的最佳参数组合方案;(2)WRF模式对研究区降水和气温模拟值偏低,三个时段每小时降水的平均误差分别是-0.24mm、-0.15mm和-0.02mm,气温的平均误差分别是-2.96℃、-3.49℃和-2.23℃。
借助NCEPADP探空数据和NCEPGDAS卫星资料(ATOVS、MHS和AMSUA),采用不同嵌套形式对WRF降水和气温模拟结果进行同化。结果表明,三个嵌套同化方案和四种观测资料均提高了WRF气象要素模拟精度,其中借助ADP探空数据采用两层嵌套(D01+D02)方案的改善程度最大,每小时降水的均方根误差由0.75mm降低到0.64mm,平均气温均方根误差由3.49℃降低到1.29℃。
基于ERA-Interim降水数据与实测降水数据的误差特征,采用不同降水校正方法对ERA-Interim降水数据进行校正。结果表明,以多年月降水比值作为校正系数对降水的校正效果最好,月平均降水误差由8.38mm降低到-0.26mm;借助ERA-Interim数据和三种线性校正后的降水数据分别驱动VIC水文模型,开展融雪径流模拟研究。结果表明,以多年月降水比值作为校正系数的径流模拟效果最好,月尺度径流模拟结果的纳什效率系数和相对误差分别为0.81和13.61%,日尺度径流模拟结果的纳什效率系数和相对误差分别为0.63和9.71%。
为了改善VIC水文模型的汛期径流模拟精度,以WRF模式2004年汛期(5~8月)的气象要素模拟结果和2004年非汛期的ERA-Interim气象数据作为VIC水文模型的气象输入数据,构建WRF-VIC陆气耦合模型,对研究区2004年日径流过程进行模拟。结果表明,WRF-VIC陆气耦合模型的非汛期径流模拟效果较好,汛期(5~8月)模拟效果欠佳,汛期径流总误差为-81.85mm;再以WRFDA模型2004年汛期(5~8月)的气象要素同化结果和2004年非汛期的ERA-Interim气象数据作为VIC水文模型的气象输入数据,开展WRFDA-VIC陆气耦合模型的径流模拟。结果表明,数据同化改善了WRF-VIC陆气耦合模型汛期径流模拟效果,汛期径流总误差由-81.85mm降低到-68.86mm。