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淮河流域径流模拟试验—对陆面水文模式参数化方案的改进

彭小燕  
【摘要】:本文以淮河流域作为湿润气候区地表径流模拟的试验区,利用统计-动力学方 法改进基于蓄满产流模式的地表径流参数化方案。结果表明,改进方案具有一定的可行性 和优越性,所计算的径流量其精度更高。众所周知,土壤湿度和降水量是任何区域地表径 流过程中影响产汇流的两个重要参量。由于以往水文过程模拟计算中很少考虑两者水平空 间分布的非均匀性,因而使目前陆面过程模拟中所涉及到的径流参数化方案仍旧过于简 化,以致影响其计算精度。利用统计-动力学方法对地表及大气强迫量借助于某种概率密 度函数(PDF)用以描述其非均匀性,从而将构建的非均匀积分算子纳入区域平均量计算方 案中,这一学术思想目前已经用于陆面过程模拟的其它研究并取得了显著成效。 基于上述思路,本文首先根据试验区日降水量资料,对其水平空间分布的非均匀性进 行描述,根据所拟合的描述日降水量水平空间分布非均匀性的PDF,经统计检验(柯尔莫 哥洛夫拟合优度)确认,用Weibull分布的PDF为最佳,其拟合信度均达到0. 05。其次, 利用前期降水指数法(API)并结合水量平衡方程提出土壤湿度的一种初始化方案,将所 建模型用于湿润气候区无资料站点的土壤湿度插补与预报试验,证明其应用的可行性非常 好,拟合和预报本站土壤湿度的精度可达90%以上,拟合邻近站点的精度也可达85%以上。 同样,拟合土壤湿度的PDF试验结果表明,以β分布拟合效果最好,其检验方法同前。 根据上述工作基础,利用1998年淮河史灌河流域加密的水文观测资料,分别设计了 三种试验研究方案,(1) 运用原蓄满产流模型;(2) 运用蓄水容量曲线并加入对降水和初 始土壤含水量水平空间分布非均匀性描述的PDF积分算子;(3) 运用改进的蓄满产流模 型,对该流域径流过程作模拟试验。 试验表明,地表非均匀性会严重影响陆面过程各参量计算的精确性,土壤湿度的不均 匀性和降水的不均匀性分布对于产汇流的影响很大,加入对其非均匀性分布描述的PDF积 分算子改进模式后,对比分析改进的史灌河流域径流模拟方案和原蓄满产流模式计算结 果,证明前者具有很好的可行性和较多的优越性,所得径流模拟结果精度有很大提高,模 式拟合效果很好,这将为未来进一步全面改进陆面水文过程模式,并发展陆面水文模式将 其耦合于陆面模式中探索了新的经验。


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