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《南京大学》 2008年
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陆面水文过程模型TOPX构建及其与区域气候模式RIEMS的耦合应用

雍斌  
【摘要】: 水是土壤-植被-大气传输系统(SVAT)物质、能量循环的主要驱动力和载体,也是地球系统中大气、生态、水文、人类活动等时空变化的重要纽带。20世纪以来,由于全球变暖、人类活动的负面影响,地球上的水循环正在发生巨大变化,干旱、洪涝灾害等极端气候、水文事件频繁发生,水资源时空变化加剧,直接影响到人类的生产、生活和社会经济的可持续发展,人类正面临着一个变化的地球的挑战。 近20年来国际地圈-生物圈计划(IGBP),世界气候研究计划(WCRP),全球能量和水循环实验(GEWEX)都将陆面水文过程作为全球变化的重要的研究内容之一,进行了大量的陆面水文过程模拟研究及其与气候模式之间的耦合应用研究。如何在大气模式中建立既能有效描述水循环时空演变过程,又能对一定区域范围内的水文、水资源进行定量评估的陆面水文过程模型已经成为全球变化研究中的热点话题。如果能将模拟性能较好的陆面水文过程模型与空间分辨率较高的区域气候模式有机地耦合起来,我们就可以利用气候模式所提供的不同的情景场来驱动水文模型,在一定程度上模拟和解释未来气候变化条件下水文、水资源的可能响应,这对于极端气候、水文事件的真正预测和预警具有重要意义。 基于半分布式TOPMODEL模型、概念性新安江模型等经典水文模型的原理和思想,研建简单高效的、同时又能表达陆地表面地形地貌特征的、较好描述二维水文过程的大尺度水文模型是目前发展和完善陆面水文过程的一个有效而且切实可行的方法。本论文就是要借助TOPMODEL的地形指数概念(TOP)和新安江模型的水量平衡思想(X),构建一个具有地形指数尺度转换机制的陆面水文过程模型TOPX,并将其与RIEMS区域气候模式紧密耦合,以提高气候模式对陆面水文过程的模拟能力。由于本论文提出的陆面水文过程模型TOPX的一个非常重要的特征是考虑地形指数的尺度转换机制,这使得其在区域气候模式对水文过程的模拟中就可以用较为粗糙的大尺度地形特征数据推导出流域尺度地形参数值,这种地形特性的充分考虑对于区域模式中大尺度水文模拟更精确地表达地形信息具有重要应用价值。 围绕这一研究目的,本论文比较深入细致地研究和探讨了构建TOPX模型并实现与RIEMS模式耦合工作中所需要解决的四个关键性核心问题。 (1).提出了一个理论上更合理,实际计算结果更准确的地形指数新算法IMFD。 基于多流向算法的基本原理,本论文研建的IMFD法对地形指数计算中的流动累积分配的有效等高线长度精确计算提出了几何锥面内切圆算法,客观计算出了有效等高线的准确长度,改变了多流向算法中对该参数进行主观估计的缺陷;同时,根据地形指数本身物理意义,修正了传统的地形指数中单位等高线汇流面积的计算公式;另外还增强了算法对DEM中异常栅格的处理能力。为了检验IMFD法的有效性,论文采用人造DEM对该方法进行了定量评估,并在不同尺度流域上进行了实地验证。 (2).研建了中国范围内的地形指数空间尺度转换方案。 基于IMFD地形指数计算新方法,我们在中国版图范围内任意选取了100个采样网格,定量分析了地形指数在90-m和1000-m两个不同精度,1°×1°、0.5°×0.5°、0.1°×0.1°三种不同格网尺度上的统计相关性,从而研建了中国范围内的地形指数空间尺度转换方案。为了检验该方案的可靠性及局部适用能力,我们进行了针对性的加密采样验证工作。加密验证结果表明:该地形指数空间尺度转换方案稳定可靠、局部适用能力强。 (3).构建了陆面水文过程模型TOPX。 论文提出了一个精确表征地形指数空间累积分布特征的双参数幂指数函数法,从而巧妙地将地形特征与SIMTOP饱和产流方案衔接起来。基于改进型SIMTOP产流机制及新安江水量平衡计算方法,构建了一个具有地形指数尺度转换机制的陆面水文过程模型TOPX。该模型在汉江的酉水街流域和泾河的马莲河流域分别进行了离线测试,结果表明:TOPX模型在温润区小流域的日径流量模拟精度很高,而且TOPX能够较好地捕捉土壤含水量、饱和源面积等各种水文过程变量的时空动态变化过程,同时,TOPX在半干旱中尺度流域也具有较好的适用性。 (4).实现了TOPX模型与RIEMS区域气候模式的耦合。 论文最后完成了模式传输参数的对接,并制定了耦合具体实施方案,实现了TOPX模型与RIEMS区域气候模式的耦合,从而改善了RIEMS模式对陆面水文过程的模拟。由于TOPX模型本身是针对区域气候模式而构建的,该模型的特点是细致考虑了地形这个关键性要素对陆面水文过程的影响,同时还考虑了计算格网内的坡面汇流过程以及网格单元间的河道汇流过程,弥补了RIEMS中对整个陆面水文过程考虑不足的缺陷。TOPX与RIEMS耦合模式在泾河流域张家山站1989年和1990年连续两年日径流量的模拟取得了令人满意的效果。此外,论文对耦合模式模拟的1990年三场次洪期的日径流过程线及其对应的日降水时空演变过程进行了进一步分析,结果发现:气候模式模拟的降水是决定整个耦合模式对径流量模拟效果的关键性因素。 本论文的总体研究结论是:①与传统多流向算法相比,地形指数新算法IMFD在原理上更符合地形指数物理意义,实际应用中计算结果更精确;②研建的中国范围内的地形指数空间尺度转换方案简单可行、稳定可靠,具有很好的局部适用性,完全可以应用到基于地形的陆面水文过程模型中去;③基于改进型SIMTOP产流机制及新安江水量平衡计算方法,构建的具有地形指数尺度转换机制的陆面水文过程模型TOPX能够比较准确地捕获水文过程的主要特征,比较好地刻画水循环的内在机理;④TOPX与RIEMS的耦合增强了区域气候模式对陆面水文过程的定量数值模拟能力,耦合模式简单高效,模拟效果良好。 陆面水文过程模型TOPX的构建及其与RIEMS的耦合应用研究增强了区域气候模式对水文过程的定量数值模拟能力,这对于揭示气候-生态-水文-环境之间的相互作用和影响机制具有非常重要的理论意义和社会价值。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P461

【引证文献】
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1 翟春玲;余钟波;郝振纯;孙永宾;姚峰;王铭业;刘臣亮;韩尚峰;谷黄河;王兴平;;陆面-水文耦合模型系统在淮河流域的构建及应用[J];冰川冻土;2012年01期
2 邵月红;张万昌;刘永和;林炳章;;利用区域气候模式RIEMS产品分析日蒸散量及其影响[J];高原气象;2012年04期
【参考文献】
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1 谈戈,夏军,李新;无资料地区水文预报研究的方法与出路[J];冰川冻土;2004年02期
2 雍斌;张万昌;刘传胜;;水文模型与陆面模式耦合研究进展[J];冰川冻土;2006年06期
3 邓慧平,李秀彬;地形指数的物理意义分析[J];地理科学进展;2002年02期
4 刘昌明,李道峰,田英,郝芳华,杨桂莲;基于DEM的分布式水文模型在大尺度流域应用研究[J];地理科学进展;2003年05期
5 唐川,朱大奎;基于GIS技术的泥石流风险评价研究[J];地理科学;2002年03期
6 赵善伦,张伟,尹民;GIS支持下的山东省土壤侵蚀空间特征分析[J];地理科学;2002年06期
7 武利,张万昌,张东,周杰;基于遥感与地理信息系统的分布式斜坡稳定性定量评估模型[J];地理科学;2004年04期
8 李道峰,吴悦颖,刘昌明;分布式流域水文模型水量过程模拟——以黄河河源区为例[J];地理科学;2005年03期
9 张东,张万昌,朱利,朱求安;SWAT分布式流域水文物理模型的改进及应用研究[J];地理科学;2005年04期
10 张婷,汤国安,王春,龙毅,吴良超,王峥;黄土丘陵沟壑区地形定量因子的关联性分析[J];地理科学;2005年04期
【共引文献】
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1 舒彦军;张立亭;;基于时空特征的有效磷与速效钾变异分析——以陕西省陈仓区为例[J];山东农业科学;2012年03期
2 芦晓峰;李波;王铁良;;沈阳辉山农业高新技术开发区水资源承载力分析[J];安徽农业科学;2006年06期
3 王春菊;汤小华;;基于GIS的水源涵养功能评价研究——以福建省为例[J];安徽农业科学;2007年28期
4 曲衍波;齐伟;商冉;赵胜亭;;东部山区县域土壤侵蚀动态与土地利用关系的分析[J];安徽农业科学;2008年04期
5 郝瑞杰;亢秀萍;韩海波;;栽培深度对百合子球繁育的影响[J];安徽农业科学;2008年06期
6 王江山;;辽西北地区气候与生态环境的相互影响[J];安徽农业科学;2009年31期
7 刘娟;白雪卫;;基于GIS及CAD的淤地坝设计系统的应用研究[J];安徽农业科学;2010年11期
8 汪世国;熊英;;基于DEM的新疆玛纳斯河流域南山洼地水系提取及分级研究[J];安徽农业科学;2010年31期
9 范海荣;常连生;王洪海;顾欣燕;孙景翠;;昌黎县葡萄沟土壤肥力综合评价与对策研究[J];安徽农业科学;2011年04期
10 宋金易慧;崔亮伟;肖文;;土地利用和土地覆盖变化研究综述[J];安徽农业科学;2011年19期
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1 朱连奇;潘少奇;朱文博;;基于RS和GIS的洛宁县土壤侵蚀研究[A];黄河流域资源环境与生态文明建设学术研讨会交流材料[C];2011年
2 刘闻;曹明明;;气候变化和人类活动的水文水资源效应研究进展[A];发挥资源科技优势 保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集(上册)[C];2011年
3 林建;谢正辉;陈锋;肖子牛;薛建军;;2006年汛期VIC水文模型模拟结果分析[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
4 陆其峰;张文江;张鹏;吴雪宝;张凤英;刘志权;DALE M.Barker;;基于区域ATOVS数据同化的2008中国南方低温雨雪冰冻灾害的暴雪监测研究[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
5 许继军;杨大文;雷志栋;;基于分布式水文模拟的长江上游干旱评估指标初步研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(二)[C];2007年
6 黄志珍;;气候变化对水资源质量影响研究及发展趋势[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)[C];2010年
7 和万荣;罗志青;;不同空间分辨率DEM数据提取图斑坡度值精度研究[A];中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集[C];2007年
8 刘三超;张万昌;;分布式水文模型和GIS及遥感集成研究[A];第十四届全国遥感技术学术交流会论文选集[C];2003年
9 陈胜晶;;霍童溪流域“2006.6”暴雨洪水分析[A];福建省第十一届水利水电青年学术交流会论文集[C];2007年
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3 王雄师;讨赖河流域水资源演变及其合理配置研究[D];兰州大学;2010年
4 赵洪涛;甘肃中南部滑坡、泥石流灾害机制及防灾可持续发展研究[D];兰州大学;2010年
5 穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
6 沈晔娜;流域非点源污染过程动态模拟及其定量控制[D];浙江大学;2010年
7 曾和平;金沙江支流龙川江流域河流输沙特征及其对气候和地表覆被变化的响应[D];昆明理工大学;2009年
8 佘雕;黄土高原水土保持型灌木林地土壤质量特征及评价[D];西北农林科技大学;2010年
9 仕玉治;气候变化及人类活动对流域水资源的影响及实例研究[D];大连理工大学;2011年
10 蒙海花;气候变化与土地利用变化的岩溶水文水资源响应[D];南京大学;2011年
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1 苏毅;兰陵溪小流域生态系统健康评价研究[D];华中农业大学;2010年
2 聂斌斌;水土保持生态修复区域差异研究[D];华中农业大学;2010年
3 魏冲;ArcSWAT在淅川县丹江口库区的应用研究[D];郑州大学;2010年
4 孟翠翠;基于SWAT模型的黄水河流域非点源污染模拟研究[D];郑州大学;2010年
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6 张淑琢;莱芜城区牟汶河综合治理的水文效应研究[D];山东农业大学;2010年
7 姜俊厚;基于MIKE和GIS洪水风险计算的应用研究[D];大连理工大学;2010年
8 隆院男;模块化分布式水文模型SWAT的改进及其在涟水流域的应用[D];长沙理工大学;2010年
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10 虞慧;新安江模型在中型水库洪水预报中的应用研究[D];江西师范大学;2010年
【同被引文献】
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1 王书功,康尔泗,金博文,王新平;黑河山区草地蒸散发量估算方法研究[J];冰川冻土;2003年05期
2 雍斌;张万昌;刘传胜;;水文模型与陆面模式耦合研究进展[J];冰川冻土;2006年06期
3 杨传国;余钟波;林朝晖;郝振纯;;大尺度分布式水文模型数字流域提取方法研究[J];地理科学进展;2007年01期
4 杨传国;林朝晖;郝振纯;余钟波;刘少峰;;大气水文模式耦合研究综述[J];地球科学进展;2007年08期
5 彭世彰,徐俊增;参考作物蒸发蒸腾量计算方法的应用比较[J];灌溉排水学报;2004年06期
6 刘毅,陈吉宁,杜鹏飞;环境模型参数识别与不确定性分析[J];环境科学;2002年06期
7 王建源;冯建设;袁爱民;;山东省太阳辐射的计算及其分布[J];气象科技;2006年01期
8 黄海洪,郑凤琴,孙崇智;一种新型降水预报评分方法[J];气象;2004年09期
9 周振民;蒸发皿系数K_P计算方法研究[J];水文;2003年01期
【二级引证文献】
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1 田伟;李新;程国栋;王旭升;胡晓农;;基于地下水陆面过程耦合模型的黑河干流中游耗水分析[J];冰川冻土;2012年03期
2 顾欣;康为民;龙先菊;张艳梅;;黔东南气温变化对蒸发皿蒸发量的影响分析[J];高原气象;2012年06期
【二级参考文献】
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1 李培基,米德生;中国积雪的分布[J];冰川冻土;1983年04期
2 丁永健,叶佰生,周文娟;黑河流域过去40a来降水时空分布特征[J];冰川冻土;1999年01期
3 王金叶,车克钧,闰克林,王艺林,贺红元;祁连山森林覆盖区河川径流组成与时空变化分析[J];冰川冻土;1999年01期
4 刘春蓁;中国西北水资源的脆弱性(英文)[J];冰川冻土;2003年03期
5 谈戈,夏军,李新;无资料地区水文预报研究的方法与出路[J];冰川冻土;2004年02期
6 余新晓,赵玉涛,张志强,程根伟;基于地形指数的TOPMODEL研究进展与热点跟踪[J];北京林业大学学报;2002年04期
7 卢振千,吕妙儿,黄杏元;不规则三角网(TIN)在流域坡面汇流分析中的应用[J];测绘科学;2001年04期
8 汤国安,龚健雅,陈正江,成燕辉,王占宏;数字高程模型地形描述精度量化模拟研究[J];测绘学报;2001年04期
9 朱庆,赵杰,钟正,眭海刚;基于规则格网DEM的地形特征提取算法[J];测绘学报;2004年01期
10 周贵云,刘瑜,邬伦;基于数字高程模型的水系提取算法[J];地理学与国土研究;2000年04期
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1 周锁铨;吴息;张翠;屠其璞;;地表径流方案对区域气候模式的作用及影响[A];新世纪气象科技创新与大气科学发展——中国气象学会2003年年会“气候系统与气候变化”分会论文集[C];2003年
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1 尹民;山东省水土流失现状及其保护恢复研究[D];山东师范大学;2001年
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1 刘苏峡,莫兴国;水文循环研究中亟待加强的薄弱环节[J];中国科学基金;2000年04期
2 石培礼,李文华;森林植被变化对水文过程和径流的影响效应[J];自然资源学报;2001年05期
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6 舒畅;刘苏峡;莫兴国;王昆;郑超磊;张守红;;新安江模型在高寒无资料地区的水文过程模拟(英文)[J];Journal of Resources and Ecology;2010年02期
7 刘伟刚;任贾文;秦翔;刘景时;;珠穆朗玛峰绒布冰川水文过程初步研究[J];冰川冻土;2006年05期
8 刘正茂;孙永贺;吕宪国;赵艳波;;挠力河流域龙头桥水库对坝址下游湿地水文过程影响分析[J];湿地科学;2007年03期
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1 陈喜;陈永勤;;水文过程中的尺度问题[A];21世纪中国水文科学研究的新问题新技术和新方法——中国地理学会水文专业委员会第七次全国水文学术会议文集[C];1999年
2 吴林娜;王宏;;煤矿开采的若干水文效应初探[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
3 任立良;刘新仁;;基于数字流域的水文过程模拟研究[A];21世纪中国水文科学研究的新问题新技术和新方法——中国地理学会水文专业委员会第七次全国水文学术会议文集[C];1999年
4 高全洲;陶贞;姚冠荣;刘克新;;增江河流颗粒有机碳的同位素示踪研究[A];中国地理学会2004年学术年会暨海峡两岸地理学术研讨会论文摘要集[C];2004年
5 姜海燕;赵雨森;陈祥伟;于洪芝;杨丽君;;森林植被对水文过程的影响研究综述[A];2006中国科协年会农业分会场论文专集[C];2006年
6 姜海燕;赵雨森;陈祥伟;于洪芝;杨丽君;;森林植被对水文过程的影响研究综述[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集[C];2006年
7 黄志刚;;南方红壤丘陵区典型森林小流域水文过程及调节功能(英文)[A];农业、生态水安全及寒区水科学——第八届中国水论坛摘要集[C];2010年
8 张喜;薛建辉;生原喜久雄;许笑天;田野;户田诰夫;刘延惠;;黔中山地喀斯特森林的水文学过程和养分动态[A];第三届贵州省自然科学优秀学术论文评选获奖论文集(2010年)[C];2010年
9 许有鹏;罗贤;;变化环境下的水文与水文地理的研究与教育问题[A];中国地理学会百年庆典学术论文摘要集[C];2009年
10 赵林;程国栋;;青藏高原多年冻土及其生态效应[A];三江源区生态保护与可持续发展高级学术研讨会论文摘要汇编[C];2005年
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1 本报记者 闫慧;提升森林抗灾能力受关注[N];中国花卉报;2010年
2 本报记者 范建 通讯员 尹发权 王建兰;森林与水的关系:百家争鸣好(下篇)[N];科技日报;2001年
3 夏军 孙雪涛 丰华丽 谢平;西部生态需水问题之我见[N];中国信息报;2003年
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5 记者 邢兆远、王瑟;女科学家潘晓玲钟情新疆[N];光明日报;2002年
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8 张博庭;开发水电就是为温室气体减排作贡献[N];中国水利报;2010年
9 记者 朱彤;西部旱区生态研究[N];科技日报;2001年
10 童国庆;水源收集可减少旱灾损失[N];中国环境报;2009年
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1 徐金涛;长江三角洲地区小流域环境变化对水文过程影响研究[D];南京大学;2011年
2 周梅;大兴安岭落叶松林生态系统水文过程与规律研究[D];北京林业大学;2003年
3 王玲;基于人工神经网络的水文过程模拟研究[D];河海大学;2002年
4 孙中峰;晋西黄土区径流异质性及水文过程模拟研究[D];北京林业大学;2007年
5 张爱静;水文过程对黄河口湿地景观格局演变的驱动机制研究[D];中国水利水电科学研究院;2013年
6 王兴菊;寒区湿地演变驱动因子及其水文生态响应研究[D];大连理工大学;2008年
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8 林波;三江平原挠力河流域湿地生态系统水文过程模拟研究[D];北京林业大学;2013年
9 文仕知;桤木人工林生态系统结构及功能过程[D];中南林业科技大学;2010年
10 张淑兰;土地利用和气候变化对流域水文过程影响的定量评价[D];中国林业科学研究院;2011年
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1 马良;长白山龙岗火山群区典型小流域生态系统水文过程模拟研究[D];东北师范大学;2012年
2 张东海;基于SWAT模型水文过程的尺度效应分析[D];陕西师范大学;2013年
3 李金霞;BROOK90模型在官厅库区妫水河流域的应用[D];内蒙古农业大学;2005年
4 李华敏;基于小波分析理论的岩溶水文过程多时间尺度分析[D];天津师范大学;2012年
5 冀春雷;基于氢氧同位素的川西亚高山森林对水文过程的调控作用研究[D];中国林业科学研究院;2011年
6 赵安娜;鄱阳湖湿地植物—土壤—微生物多样性对水文过程变化的响应[D];南昌大学;2012年
7 姜红梅;数字流域平台上水文过程与模型参数的空间不均匀性研究[D];河海大学;2004年
8 蔡玉鹏;大型水利工程对长江中下游关键生态功能区影响研究[D];河海大学;2007年
9 赵维俊;祁连山水源涵养林水文特征研究[D];甘肃农业大学;2008年
10 马广慧;黄河流域水资源开发利用对水文循环及生态环境的影响研究[D];河海大学;2007年
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