WRF与干旱区分布式融雪径流模型的耦合及应用研究

论文摘要

积雪不同于其他地表类型,它是一个具有高反射率的特殊性质的饱和面。尤其是其独特的相态变化过程中伴随着的能量和水量变化在区域水资源以及全球气候方面都扮演着极其重要的角色。积雪融化过程的模拟已成为气候变化和水文科学的研究热点。针对春季积雪融化过程的复杂性,本研究首先采用中尺度数值天气预报模式运用6h间隔的NCEP/NCAR再分析资料为猜测场和侧边界条件,实现高空间分辨率的有限区域数值天气模拟;然后采用模拟的气象结果驱动自行设计的分布式融雪径流模型,从而建立一套基于大气水文模式耦合的中小尺度短期季节性融雪过程及径流预报模式。应用该模式模拟了天山北坡军塘湖流域2009年3月2日~17日的融雪过程及径流过程。模拟结果采用单点气象观测数据、空间雪盖数据、融雪径流数据进行验证,得到以下结论:(1)中短期数值天气预报模式WRF因其合理的物理方案和先进的模式架构,能够较准确的模拟融雪期间的气温、辐射、相对湿度等气象条件,为干旱区融雪径流模型提供数据支持。(2)采用能量平衡法建立的单层分布式融雪模型无论是单点还是空间尺度上,都可以模拟出低山地区季节性融雪过程,能够反映出积雪融化过程水热状况的时间和空间异质性以及融雪径流的变化情况。通过模拟得出雪层能量输入呈日周期性变化;净辐射是雪面能量平衡中占主导地位的分量,在整个融雪期对雪层能量的贡献达到78%,湍流次之,占能量输入约为22%。(3) WRF气象模式与干旱区分布式融雪径流模型耦合,应用于09年春季天山北坡军塘湖流域复杂的融雪过程的模拟,模拟结果与实际观测较为吻合,能够反映出空间的积雪层水热变化以及融雪径流情况。融雪期径流预报值确定性系数为0.85,平均峰值相对误差7.48%,精度满足实际应用的需求。该研究可为资料稀缺地区的积雪融化过程模拟以及融雪径流预报工作提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 融雪模型研究概述
• 1.2.2 大气-水文耦合模式研究概述
• 1.2.3 小结
• 1.3 研究目的及意义
• 1.4 研究内容
• 1.5 研究方法及技术路线
• 1.5.1 研究方法
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 干旱区分布式融雪径流模型设计
• 2.1 基于能量平衡的分布式融雪产流模型
• 2.1.1 模型设计原理
• 2.1.2 融雪产流模型设计
• 2.2 基于DEM 的分布式融雪汇流模型
• 第三章 WRF 气象模式介绍
• 3.1 WRF 模式
• 3.1.1 WRF 模式简介
• 3.1.2 WRF 模式基本结构
• 3.2 WRF 模式物理过程
• 3.2.1 微物理过程参数化
• 3.2.2 积云对流参数化
• 3.2.3 边界层参数化
• 3.2.4 辐射过程参数化
• 第四章 WRF 与干旱区分布式融雪径流模型的耦合
• 4.1 研究区域概况
• 4.2 数据观测处理
• 4.3 模型参数化方案
• 4.3.1 WRF 区域数值天气预报实验方案
• 4.3.2 分布式融雪径流模型参数设置
• 4.4 模型运行过程
• 4.4.1 WRF 运行
• 4.4.2 GIS 空间数据处理
• 4.4.3 分布式融雪径流模型运行
• 4.5 小结
• 第五章 结果分析与验证
• 5.1 数值天气模拟结果
• 5.2 融雪过程模拟及分析
• 5.2.1 单点融雪模拟结果
• 5.2.2 空间融雪模拟结果
• 5.2.3 融雪径流模拟结果
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新
• 6.3 存在问题与展望
• 参考文献（References）
• 硕士期间参与项目及发表论文
• 致谢（Acknowledgment）