多源降水数据的开都河上游水文模拟效用评估

来源 :新疆师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xwg1217
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降水作为地球水循环的基本组成部分,具有重要的水文学意义。然而,在地形复杂、土地面积大、经济实力较弱、地面气象观测站密度稀少的我国西北地区进行高密度地面降水观测工作难度大,缺乏高精度的降水时空分布制约着相关的水文效用。因此,为数据缺乏地区进行水文效用评估寻找高精度、高准确性的降水数据至关重要。卫星遥感降水产品是监测降水的新兴手段,不仅有效弥补了雷达和地面站点在技术监测手段上的局限性,更填补了降水数据在人烟稀少地区的数据空白。为寻找可靠的降水空间数据源,本研究以开都河上游流域为研究区,首先以巴音布鲁克气象站历史观测降水资料为基准,从不同时空尺度评估TRMM、GPM、PERSIANN、CHIRPS和ERA5五种降水产品在开都河上游的精度与误差。其次,构建开都河上游分布式水文模型以评估SWAT模型适用性。最后,通过多源降水数据驱动SWAT模型评估五种降水产品在水文模拟中的适用性。主要研究结论如下:(1)以地面观测降水数据为基准,选取三个连续性指标和三个分类指标定量评价了五种降水产品在多时间尺度上的精度和误差特征。结果表明:多源降水产品年、月尺度上表现较好,除TRMM产品年尺度相关性较低外,其他降水产品相关性均大于0.5。在日尺度和月尺度上,表现最好的是GPM和PERSIANN降水产品。年尺度上,5种降水产品存在较大的高估和低估,相关性最高的ERA5产品,同时出现最大的误差;PERSIANN和CHIRPS降水产品误差较小。季节尺度中,各降水产品对春季降水探测效果最好,季节降水探测表现最好的是GPM、CHIRPS和PERSIANN降水产品。总体而言,在多源降水多时间尺度评估中表现较好的是GPM、PERSIANN和CHIRPS降水产品。(2)比较五种降水产品在开都河上游流域的空间分布特征,结果发现5种降水产品降水量空间分布差异不大,总体上呈现降水西多东少的空间分布特点,降水主要集中在夏季,冬季降水最少。(3)基于开都河上游流域DEM、土地利用、土壤数据和CMADS气象数据,构建SWAT分布式水文模型。结果表明:率定期决定系数R~2=0.79、纳什系数NSE=0.78、相对偏差PBIAS=2.9%,验证期R~2=0.82、NSE=0.75、PBIAS=4.7%,均达到令人满意的结果,表明SWAT模型在开都河上游具有较好适用性。(4)利用SWAT模型验证五种降水数据在开都河上游的径流模拟情况。结果表明:除PERSIANN数据以外,TRMM、GPM、CHIRPS、ERA5四种降水数据均能取得满意结果。其中,CHIRPS数据在径流模拟中表现最好,在精度评估中也有较好表现,说明CHIRPS降水产品可以替代地面观测数据在开都河上游进行水文研究。
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