积雪遥感数据在寒区水文模拟中的同化应用——以八宝河流域为例

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在寒区水文中,上游山区形成的径流是供给中游和下游地区的水资源,是流域社会经济和生态系统发展的关键性制约因素。其中,融雪水资源作为河流的主要补给源之一,对当地的农业、工业和人民生产生活等方面起着至关重要的作用。寒区水文模拟的研究,将增进我们对内流河流域以及高寒山区流域的能量、水量平衡的了解,对进行洪水预报,合理利用水资源具有重大意义。但是,随着寒区水文模拟研究的深入,春季融雪径流模拟精度不高,成为影响模拟精度的重要因素。  本文以八宝河流域为研究区,采用分布式水文模型GBHM(GeomorphologyBased Hydrological Model)对流域水文过程进行模拟,探讨了GBHM模型在寒区水文模拟中的可操作性。在此基础上,利用积雪衰减曲线将去云处理的MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer积雪面积数据转化为雪水当量数据,同化到GBHM模型中,达到提高积雪变量模拟精度的目的,进而提高春季融雪径流模拟精度,最终使流域水量平衡模拟更加贴合实际。其中,同化方法主要包括:简单同化和集合卡尔曼滤波同化。主要研究结果:  (1)八宝河流域多年气候和水文变化趋势。  在1958-2008年间,八宝河流域气温逐渐升高,年均增幅达到0.02℃/年;降水量逐年增加,每年约增加0.8mm。1998年以来,祁连水文站径流量明显增加的月份主要集中在3-5月及9-10月。  (2) GBHM模型在八宝河流域具有很好的适用性。  GBHM模型能够较好的模拟八宝河流域水文过程。2005-2008年,模型对月径流的模拟年均纳什效率系数达到0.84,确定系数为0.88,相对偏差为-0.1,基本满足水文分析的要求。但模型对春季径流的模拟效果较差,主要是因为模型对积雪的模拟不准确。  (3)积雪遥感数据在寒区水文模拟中作用明显。  积雪遥感观测数据为寒区融雪径流模拟提供了丰富的数据源。积雪遥感数据应用到寒区水文模型中,促使模型对融雪过程描述更加准确,提高了径流模拟精度,为积雪遥感数据的应用提供了参考。  (4)数据同化是一种行之有效的融合模型与遥感数据的方法。数据同化方法的出现,将模型模拟的数据和遥感获得的瞬时积雪数据融合,弥补遥感数据的瞬时性等不足,进而提高寒区水文模拟精度。从而,增加人们对水资源的了解,为合理利用水资源提供理论支撑。
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