基于WEP-L模型的水循环多要素联合同化研究
发布时间：2021-09-28 02:17
对水循环要素的准确监测是制定合理水资源管理办法,增强水资源管理能力的基础性工作。尤其是在经济社会不断发展,人水关系日益紧张的条件下,提高对流域水循环多种要素的模拟能力,分析水循环各要素在空间和时间的变化过程及趋势,把握流域水资源动态变化,对提高流域水资源管理水平,具有重要的现实意义。提升水循环多种要素的模拟能力,不仅要观测某一种要素,而且要同时实现对多种要素较为准确的观测。传统的流域水文模拟以径流要素为主要研究对象,但仅有径流信息尚不能完整体现流域范围内整体的水资源状况。本研究主要针对天然水循环要素,开展蒸散发和土壤含水量要素模拟的联合同化研究。在水文模拟用到的径流数据以水文站观测为基础;蒸散发则由于遥感反演的参数众多,目前在较大空间尺度上的蒸散发观测以相关的模型计算为主;而对于土壤含水量的观测,虽有较多的遥感产品,但因分辨率较低而难以直接为水资源管理服务。此外,由遥感反演的蒸散发和土壤含水量产品还会受反演过程的误差影响。数据同化是提高遥感产品时空连续性和分辨率的重要手段,但当前对上述三种要素的同化研究多以提高径流的模拟精度为目标,或者是为了提高水循环要素遥感产品的数据质量。但以某一种...
【文章来源】：中国水利水电科学研究院北京市
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１论文的研究思路与研究内容图??
图２－１水循环多要素联合同化技术框架??本研宄主要从三个方面展开，分别是数据准备、驱动模型的多目标率定多要素联合的同化模拟。其中，数据的准备包括径流数据的搜集、蒸散发数遥感反演、土壤含水量数据的空间降尺度等内容，该环节是为分布式水文模行参数的多目标优化提供数据支撑。对水文模型进行多目标的参数率定，获述三种要素最优的Ｐａｒｅｔｏ解集，此项内容为多要素联合同化提供多目标最模型参数。??在具体步骤上，首先针对同化要素中土壤含水量观测产品在空间分辨率低的问题，开展土壤含水量的尺度转换研宄，降低水文模拟数据输入层面的定性。在此环节提出了考虑地形及相关要素影响的土壤含水量空间降尺度方利用遥感观测数据和气象要素数据，开展流域蒸散发模拟，并与土壤含水量保持尺度上的一致。由于以某一种水循环要素（如径流）为目标来率定模型参常容易忽视其他要素的模拟精度，因此，在ＷＥＰ－Ｌ模型的多目标率定方面，
降尺度方法因能同时提供高空间分辨率和时间分辨率的优势，已在相关研究中得??到广泛的应用，Ｚｈａｎ［１６２］和〇１３１１１１３１１［３３］提出和改进的经验多项式回归法便是其??中的典型代表。随着土壤含水量空间降尺度技术的发展，地形及相关要素对土壤??含水量的影响开始在降尺度的过程中受到了重视，但在遥感学方法中对地形??以及其密切相关要素的考虑还较少。同时，由于传统的基于经验回归的方法假定??变量间的关系在空间上具有一致性，但实际上土壤含水量尺度转换所用到的各要??素在空间上差异较大，故本文在尺度转换时采用可选自适应度函数的地理加权回??归（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ?ｗｉｔｈ?Ａｄａｐｔｉｖｅ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎ?Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，?ＧＷＲ－??ＡＦＳ）方法来对土壌含水量进行尺度转换。该方法既可充分考虑各变量的空间异??质性，还能通过选择适应的回归系数来减小高分辨率结果的“马赛克效应”。??本文在Ｃｈａｕｈａｎ等对土壤含水量降尺度时考虑的相关要素基础上，结合地形??及相关的降雨、潜在蒸散发信息，将ＡＭＳＲ－Ｅ的土壤含水量降尺度到ｌｋｍ尺度??上，地形要素选用与土壤含水量关系密切的坡度作为指标。主要的技术路线如图??２－２所示：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度植被干旱指数（TVDI）在草原干旱监测中的应用研究[J]. 陈斌,张学霞,华开,徐珂. 干旱区地理. 2013(05)
[2]鄱阳湖流域分布式水文模型的多目标参数率定[J]. 李云良,张奇,李相虎. 长江流域资源与环境. 2013(05)
[3]基于VIC模型与集合卡尔曼滤波的土壤水分同化研究[J]. 米素娟,唐家奎,张显峰,于新菊,郭强. 地理与地理信息科学. 2013(01)
[4]区域蒸散发遥感估算方法及验证综述[J]. 张荣华,杜君平,孙睿. 地球科学进展. 2012(12)
[5]气候和土地利用变化对潮白河流域径流变化的定量影响[J]. 赵阳,余新晓,郑江坤,武巧英. 农业工程学报. 2012(22)
[6]遥感蒸散发模型研究进展综述[J]. 冯景泽,王忠静. 水利学报. 2012(08)
[7]数据同化算法研究现状综述[J]. 马建文,秦思娴. 地球科学进展. 2012(07)
[8]概念性流域水文模型参数多目标优化率定[J]. 郭俊,周建中,周超,王光谦,张勇传. 水科学进展. 2012(04)
[9]多目标进化算法研究进展[J]. 郑向伟,刘弘. 计算机科学. 2007(07)
[10]分布式水文模型的参数率定及敏感性分析探讨[J]. 王中根,夏军,刘昌明,欧春平,张永勇. 自然资源学报. 2007(04)
博士论文
[1]面向农业用水管理的土壤含水量多源数据同化方法与应用研究[D]. 朱鹤.中国水利水电科学研究院 2016
[2]黄土高原流域生态水文模拟和植被生态用水计算[D]. 彭辉.中国水利水电科学研究院 2013
[3]基于遥感蒸散发的陆面过程同化方法研究[D]. 陈鹤.清华大学 2013
[4]潮白河流域生态水文过程对人类活动/气候变化的动态响应[D]. 郑江坤.北京林业大学 2011
[5]基于云参数干旱遥感监测模型与集合卡尔曼滤波的土壤湿度同化研究[D]. 杨娜.武汉大学 2010
本文编号：3411054
【文章来源】：中国水利水电科学研究院北京市
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１论文的研究思路与研究内容图??
图２－１水循环多要素联合同化技术框架??本研宄主要从三个方面展开，分别是数据准备、驱动模型的多目标率定多要素联合的同化模拟。其中，数据的准备包括径流数据的搜集、蒸散发数遥感反演、土壤含水量数据的空间降尺度等内容，该环节是为分布式水文模行参数的多目标优化提供数据支撑。对水文模型进行多目标的参数率定，获述三种要素最优的Ｐａｒｅｔｏ解集，此项内容为多要素联合同化提供多目标最模型参数。??在具体步骤上，首先针对同化要素中土壤含水量观测产品在空间分辨率低的问题，开展土壤含水量的尺度转换研宄，降低水文模拟数据输入层面的定性。在此环节提出了考虑地形及相关要素影响的土壤含水量空间降尺度方利用遥感观测数据和气象要素数据，开展流域蒸散发模拟，并与土壤含水量保持尺度上的一致。由于以某一种水循环要素（如径流）为目标来率定模型参常容易忽视其他要素的模拟精度，因此，在ＷＥＰ－Ｌ模型的多目标率定方面，
降尺度方法因能同时提供高空间分辨率和时间分辨率的优势，已在相关研究中得??到广泛的应用，Ｚｈａｎ［１６２］和〇１３１１１１３１１［３３］提出和改进的经验多项式回归法便是其??中的典型代表。随着土壤含水量空间降尺度技术的发展，地形及相关要素对土壤??含水量的影响开始在降尺度的过程中受到了重视，但在遥感学方法中对地形??以及其密切相关要素的考虑还较少。同时，由于传统的基于经验回归的方法假定??变量间的关系在空间上具有一致性，但实际上土壤含水量尺度转换所用到的各要??素在空间上差异较大，故本文在尺度转换时采用可选自适应度函数的地理加权回??归（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ?Ｗｅｉｇｈｔｅｄ?Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ?ｗｉｔｈ?Ａｄａｐｔｉｖｅ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎ?Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，?ＧＷＲ－??ＡＦＳ）方法来对土壌含水量进行尺度转换。该方法既可充分考虑各变量的空间异??质性，还能通过选择适应的回归系数来减小高分辨率结果的“马赛克效应”。??本文在Ｃｈａｕｈａｎ等对土壤含水量降尺度时考虑的相关要素基础上，结合地形??及相关的降雨、潜在蒸散发信息，将ＡＭＳＲ－Ｅ的土壤含水量降尺度到ｌｋｍ尺度??上，地形要素选用与土壤含水量关系密切的坡度作为指标。主要的技术路线如图??２－２所示：??
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度植被干旱指数（TVDI）在草原干旱监测中的应用研究[J]. 陈斌,张学霞,华开,徐珂. 干旱区地理. 2013(05)
[2]鄱阳湖流域分布式水文模型的多目标参数率定[J]. 李云良,张奇,李相虎. 长江流域资源与环境. 2013(05)
[3]基于VIC模型与集合卡尔曼滤波的土壤水分同化研究[J]. 米素娟,唐家奎,张显峰,于新菊,郭强. 地理与地理信息科学. 2013(01)
[4]区域蒸散发遥感估算方法及验证综述[J]. 张荣华,杜君平,孙睿. 地球科学进展. 2012(12)
[5]气候和土地利用变化对潮白河流域径流变化的定量影响[J]. 赵阳,余新晓,郑江坤,武巧英. 农业工程学报. 2012(22)
[6]遥感蒸散发模型研究进展综述[J]. 冯景泽,王忠静. 水利学报. 2012(08)
[7]数据同化算法研究现状综述[J]. 马建文,秦思娴. 地球科学进展. 2012(07)
[8]概念性流域水文模型参数多目标优化率定[J]. 郭俊,周建中,周超,王光谦,张勇传. 水科学进展. 2012(04)
[9]多目标进化算法研究进展[J]. 郑向伟,刘弘. 计算机科学. 2007(07)
[10]分布式水文模型的参数率定及敏感性分析探讨[J]. 王中根,夏军,刘昌明,欧春平,张永勇. 自然资源学报. 2007(04)
博士论文
[1]面向农业用水管理的土壤含水量多源数据同化方法与应用研究[D]. 朱鹤.中国水利水电科学研究院 2016
[2]黄土高原流域生态水文模拟和植被生态用水计算[D]. 彭辉.中国水利水电科学研究院 2013
[3]基于遥感蒸散发的陆面过程同化方法研究[D]. 陈鹤.清华大学 2013
[4]潮白河流域生态水文过程对人类活动/气候变化的动态响应[D]. 郑江坤.北京林业大学 2011
[5]基于云参数干旱遥感监测模型与集合卡尔曼滤波的土壤湿度同化研究[D]. 杨娜.武汉大学 2010
本文编号：3411054
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