VIC大尺度陆面水文模型在无定河流域的应用研究

发布时间：2020-08-19 15:45

【摘要】：我国西北地区生态环境十分脆弱,气候与水资源严重制约着人类社会经济的发展。尤其是在人口不断增长、经济飞速发展以及全球气候变化的大环境下,人类的工、农、林、牧业等活动都会对环境产生巨大的影响。若不重视生态环境的保护,生态敏感区则会面临植被退化、覆盖度降低、荒漠化加剧、水资源短缺等一系列严重的环境问题。对陆气相互作用的研究有助于了解该流域的陆地表面与大气之间的水热交换过程,认识流域的气候、植被、生态以及水文的演变规律,最终为流域的生态环境以及水资源的合理规划管理提供科学的理论依据。为分析无定河流域气候变化对水资源的影响,以及未来气候情景模式下的水文循环对气候变化的响应,本研究应用了大尺度可变下渗容量陆面大尺度水文模型Variable Infiltration Capacity(VIC)Macroscale Hydrologic Model研究无定河流域,建立了适用于无定河流域及其子流域的VIC模型,并结合Dag Lohmann的汇流模型进行了模拟实验与敏感性实验分析,并将VIC模型与区域气候模式相结合,预测气候变化对无定河流域水资源的影响,对陆气相互作用进行探究。定性分析了水资源量在无定河流域空间和实践的分布。主要的研究内容包括以下几个方面:(l)以VIC水文模型为基础,使用中科院青藏高原所气象再分析资料,通过反距离权重-梯度方法将气象资料插值到所需分辨率,对无定河流域1979-2000年的径流过程进行了高分辨率(0.083°×0.083°)的模拟。(2)对影响无定河流域的径流过程的七个土壤参数进行了标定并分别做了敏感性分析。发现只有第二层土壤和可变下渗容量曲线形状b对多年径流量相对误差比较敏感。(3)根据5种CMIP5模式,在RCP2.6的气候情景下,对无定河流域的径流变化过程对气候变化的响应进行了分析。预估了该气候情景下到2050年无定河流域径流量呈现减少以及年平均温度上升的趋势。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P333
【图文】：

示意图,水分循环,植被,土壤

具体包含了降水、蒸散发、水汽凝结、地表径流、冻融、地表。因此，陆面过程综合了陆面上发生的一切物理、化学、生物和模式中的物理过程的刻画，考虑了能量与水量的收支平衡。所考虑的的垂向上一维的陆地表面与大气间的水量和能量的的交是均匀的。陆气间的水文循环过程中对于水量平衡的描述，其留、入渗、蒸散发、地表及地下径流、海陆间以及陆地内部的分掉落到植被叶面的将会被植被的叶面截留，另一部分则直接面上的水分一部分直接蒸发到空气中，而另一部分掉落到地面一起，经填洼后形成地表径流或者渗入土壤中。土壤表层的水过蒸发作用返回到大气中，此外植被根系会从土壤中吸收的水物周围的大气中。上述过程构成了大气-土壤-植被的水文循环的时，通过蒸散发、水汽输送、降水等水分再分配过程对能量也

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图 1-2 研究技术路线图首先应将电脑设置为 Linux 系统，然后到 VIC 水文模型的官网上下载模型的代码并进行编译，网址为（http://vic.readthedocs.io/en/master/）。收集模型所需要输入的文件的原始数据（STRM90M 分辨率 DEM 数字高程数据、FAO 全球土壤类型 5 minute 分辨率数据、Maryland 大学全球 1km 分辨率地表覆盖类型数据、中科院青藏高原研究所的中国气象同化数据集）。数据全部准备好之后，用 Arcgis 提取无定河流域范围，然后对流域进行模拟网格分辨率大小的划分。使用 IGB-SOIL 软件提取无定河流域的土壤分布数据，并用 Arcgis 对土壤分布数据、土地覆盖类型数据重采样到模型所需分辨率。使用 DEM 为基础制作好的流域网格位置信息文件对气象数据进行提取，制作气象强迫数据、制作高程带数据文件。对 VIC 源文件进行设置，制作全局控制文件、制作土壤输入文件、植被文件、植被库文件、气象强迫文件。全部完成后，就可以进行 VIC 水文模型的模拟了。模型运行结束后，

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第 2 章研究区概况无定河是黄河的一级支流，位于我国陕西省北部的榆林地区，是榆林地区最大的河域经纬度范围分别为：108°06′-110°33′E，37.03°-38°45′N。无定河发源于陕西省、甘肃省夏回族自治区域内蒙古自治区四省区交界处——榆林市定边县的白于山北麓，上游称柳河，流经靖边县新桥后称为无定河，无定河干流全长 491.2km。流经定边、靖边、、绥德和清涧县，由西北向东南注入黄河。上游红柳河源于定边东南长春梁东麓，东向，沿途纳榆溪河、海流兔河、芦河、大理河、淮宁河等支流，在清涧县河口注入黄河终在陕西省的东南部清涧县河口村注入黄河，流域面积约为 30260km2。流域水系及其中国的位置见图 2-1。

【参考文献】