大尺度陸面模型及其匯流模擬框架

1、大尺度陸面模型及其匯流模擬大尺度陸面模型及其匯流模擬框架框架 陳鋒謝正輝中科院大氣物理研究所E-mail: 1.引言 陸面過程是指能夠影響氣候變化的發(fā)生在陸地表面和土壤中，控制地氣之間動量、熱量及水分交換的那些過程。 水文氣象工作者希望應(yīng)用陸面模型進(jìn)行水資源預(yù)測和水災(zāi)害預(yù)報。1.引言 本文采用VIC-3L模型在單元網(wǎng)格上獨(dú)立進(jìn)行產(chǎn)流計算，獲得每個網(wǎng)格的徑流深，以主河道作為約束條件生成網(wǎng)格流路，采用無因次單位線法和馬斯京根分段演算法進(jìn)行坡地匯流和河道匯流計算，建立起大尺度陸面模型及其匯流模擬框架，并進(jìn)行數(shù)值模擬。 2.模型介紹(1) VIC模型的主要特點(diǎn)有： 同時考慮陸氣間水分收支和能量收支過程

2、； 同時考慮兩種產(chǎn)流機(jī)制（蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流）； 考慮次網(wǎng)格內(nèi)土壤不均勻性對產(chǎn)流的影響； 考慮次網(wǎng)格內(nèi)降水的空間不均勻性； 考慮積雪融雪及土壤凍融過程。 土壤分層(3層) 第1層頂薄層反映土壤水分的動態(tài)變化，即與蒸發(fā)相關(guān)； 上層(第1層和第2 層)土壤用來反映土壤對降雨過程的動態(tài)影響； 下層土壤(第3 層) 用來刻畫土壤含水量的季節(jié)特性。 土壤分類(17類) 美國農(nóng)業(yè)部提供的USDA全球5-min 的土壤數(shù)據(jù) 植被分類(14類) Maryland 大學(xué)發(fā)展的UMD 全球30sec 土地覆蓋數(shù)據(jù)l地下徑流l地表徑流用里查茲(Richards)方程來描述垂向一維土壤水運(yùn)動，土壤各層間的水汽通量服從

3、達(dá)西(Darcy)定律 cscsccssmsmcsmscscsmsbWWWWWWWWWWDDDWWWDDWWWWWWDDR2222222222222,0 ,2.模型介紹(2) 匯流模型的主要特點(diǎn)有： D8法 抬高填洼法 主河道約束法圖圖3 31 VIC-3L1 VIC-3L模型執(zhí)行結(jié)構(gòu)圖模型執(zhí)行結(jié)構(gòu)圖調(diào)整參數(shù)調(diào)整參數(shù)氣溫氣溫資料資料生成大氣生成大氣強(qiáng)迫資料強(qiáng)迫資料植被覆植被覆蓋數(shù)據(jù)蓋數(shù)據(jù)土壤覆土壤覆蓋數(shù)據(jù)蓋數(shù)據(jù)生成植被生成植被參數(shù)文件參數(shù)文件水量平衡計算水量平衡計算能量平衡計算能量平衡計算降水降水資料資料網(wǎng)格單元網(wǎng)格單元蒸發(fā)量蒸發(fā)量網(wǎng)格單元網(wǎng)格單元徑流深徑流深坡地匯流坡地匯流河道匯流河道匯流網(wǎng)

4、格單元網(wǎng)格單元出流出流流域出口流域出口流量過程流量過程效率系數(shù)是否效率系數(shù)是否符合要求符合要求生成土壤生成土壤參數(shù)文件參數(shù)文件最優(yōu)參數(shù)最優(yōu)參數(shù)模擬流量模擬流量YN匯流模型匯流模型VIC-3L模型模型3.數(shù)值模擬研究區(qū)域3.數(shù)值模擬大氣強(qiáng)迫資料 收集了648個氣象站的降水、最高最低氣溫數(shù)據(jù)，采用插值方法獲得每個網(wǎng)格的大氣強(qiáng)迫數(shù)據(jù)。 具體插值方法如下： 如果站點(diǎn)距離網(wǎng)格中心很近，則直接采用該站點(diǎn)數(shù)據(jù)； 否則，選取距離網(wǎng)格中心最近的三個站點(diǎn)，以距離平方反比作為權(quán)重，進(jìn)行插值。 3.數(shù)值模擬徑流模擬區(qū)域流域總數(shù)0.7以上0.75以上0.8以上全國區(qū)域2218138干旱半干旱區(qū)10832濕潤區(qū)121010622,oo,c,o2,ooeiiiiQQQQCQQ濕潤地區(qū) Er=0.5%Ce=0.92干旱半干旱地區(qū) Er=-0.4%Ce=0.70內(nèi)河流域區(qū) Er=3.1%Ce=0.85高緯度地區(qū) Er=1.7%Ce=0.744.小結(jié) 以全國0.50.5網(wǎng)格為基礎(chǔ)，運(yùn)用植被和土壤參數(shù)化方案，初步建立了以VIC-3L模型為主的大尺度陸面模型及其匯流模擬框架，并將其運(yùn)用到全國七大流域中