大尺度陆面模型及其汇流模拟框架

大尺度陆面模型及其汇流模拟框架陈锋谢正辉中科院大气物理研究所E-mail:[e-mail]1.引言•陆面过程是指能够影响气候变化的发生在陆地表面和土壤中，控制地气之间动量、热量及水分交换的那些过程。•水文气象工作者希望应用陆面模型进行水资源预测和水灾害预报。1.引言•本文采用VIC-3L模型在单元网格上独立进行产流计算，获得每个网格的径流深，以主河道作为约束条件生成网格流路，采用无因次单位线法和马斯京根分段演算法进行坡地汇流和河道汇流计算，建立起大尺度陆面模型及其汇流模拟框架，并进行数值模拟。2.模型介绍(1)•VIC模型的主要特点有：–同时考虑陆－气间水分收支和能量收支过程；–同时考虑两种产流机制（蓄满产流和超渗产流）；–考虑次网格内土壤不均匀性对产流的影响；–考虑次网格内降水的空间不均匀性；–考虑积雪融雪及土壤冻融过程。•土壤分层(3层)–第1层顶薄层反映土壤水分的动态变化，即与蒸发相关；–上层(第1层和第2层)土壤用来反映土壤对降雨过程的动态影响；–下层土壤(第3层)用来刻画土壤含水量的季节特性。•土壤分类(17类)–美国农业部提供的USDA全球5-min的土壤数据•植被分类(14类)–Maryland大学发展的UMD全球30sec土地覆盖数据地下径流地表径流用里查兹(Richards)方程来描述垂向一维土壤水运动，土壤各层间的水汽通量服从达西(Darcy)定律cscsccssmsmcsmscscsmsb模型介绍(2)•汇流模型的主要特点有：–D8法–抬高填洼法–主河道约束法图3－1VIC-3L模型执行结构图调整参数气温资料生成大气强迫资料植被覆盖数据土壤覆盖数据生成植被参数文件水量平衡计算能量平衡计算降水资料网格单元蒸发量网格单元径流深坡地汇流河道汇流网格单元出流流域出口流量过程效率系数是否符合要求生成土壤参数文件最优参数模拟流量YN汇流模型VIC-3L模型3.数值模拟——研究区域3.数值模拟——大气强迫资料•收集了648个气象站的降水、最高最低气温数据，采用插值方法获得每个网格的大气强迫数据。•具体插值方法如下：–如果站点距离网格中心很近，则直接采用该站点数据；–否则，选取距离网格中心最近的三个站点，以距离平方反比作为权重，进行插值。3.数值模拟——径流模拟区域流域总数0.7以上0.75以上0.8以上全国区域2218138干旱半干旱区10832湿润区121010622,oo,c,o2,ooeiiiiQQQQCQQ湿润地区图3a1980-1986年茶店子流域月径流过程模拟01002003004005001132537496173月份流量(m3/s)0500100015002000降水(mm)降水模拟径流实测径流Er=0.5%Ce=0.92干旱半干旱地区图3b1980-1990年下会流域月径流过程模拟02040608010011325374961738597109121月份流量(m3/s)0100200300400500降水(mm)降水模拟径流实测径流Er=-0.4%Ce=0.70内河流域区图3c1980-1990年莺落峡流域月径流过程模拟010020030011325374961738597109121月份流量(m3/s)0100200300400降水(mm)降水模拟径流实测径流Er=3.1%Ce=0.85高纬度地区图3d1980-1990年兰西流域月径流过程模拟0500100015002000250011325374961738597109121月份流量(m3/s)0200400600800降水(mm)降水模拟径流实测径流Er=1.7%Ce=0.744.小结•以全国0.5°×0.5°网格为基础，运用植被和土壤参数化方案，初步建立了以VIC-3L模型为主的大尺度陆面模型及其汇流模拟框架，并将其运用到全国七大流域中。•结果显示，模拟月径流过程季节性明显，年际变化突出，与实测径流过程基本趋于一致，初步表明了VIC-3L模型及其汇流模拟在中国地区有一定的适应性。