多源卫星降雨数据对汉江中上游径流模拟适用性分析

论文总字数：17624字

目 录

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1引言 1

1.2国内外研究现状 1

2研究区概况 3

2.1 研究区概况 3

2.2研究流域要素的提取和分析 4

3新安江模型 5

3.1 模型结构 6

3.2模型参数分析 6

3.3模型参数率定 8

3.4 研究数据 9

3.5 结果分析 9

4 CMORPH 13

4.1 CMORPH精度评价 14

4.2 CMORPH径流模拟评估 16

5结论 17

参考文献 18

致谢 20

多源卫星降雨数据对汉江中上游径流模拟的适用性分析

王洁

，China

Abstract: On the basis of the digital elevation model, the information extraction of the river basin in the upper and reaches of Hanjiang River Basin is carried out,and the water system map of the study area and the Tyson polygon partition corresponding to the rainfall station are obtained.The parameter significance and calibration method of Xin'anjiang modelare briefly introduced.The parameters of the Xin'anjiang model in the study area were measured calibrated.Combining with the ground observation precipitation data,this study aims to evaluate the accuracy and hydrological simulation capabillty of satellite precipitation product CMORPH in he upper and reaches of Hanjiang River Basin.The results of the study show that the Xin'anjiang model can achieve a certain precision runoff forecast in the middle and uppper reaches of Hanjiang River,to a certain extent . CMORPH satellite preciptation has different extent underestimation of the benchmark precipitation by 17.2%.For the correlation sense,CMORPH satellite precipitation has good values more than 0.73.In the aspect of runoff simulation, CMORPH satellite precipitation data can be used to simulate runoff in the study area to some extent, but the simulated runoff accuracy is not satisfactory compared with the surface rainfall station data.

Key words：Hydrological Simulation,Three water source Xin'anjiang model,CMORPH satellite precipitation,Precision evaluation

1绪论

1.1引言

我国降水时空分布不均。受东亚季风的影响，降水主要集中在夏秋两季，春冬降水较少，年际变化比较大；受地形地势的影响，降水从东南向西北逐渐减少。由于水资源分布不均匀，容易产生旱涝灾害。因此是否能够准确的做出水文预报对防汛、抗旱、国民经济建设等方面都有着重要的影响。在特殊时期，预报精度更是直接关系到人民生命财产的安全，经济的发展。

流域水文模型的研究一直都是水文学研究的重要方向，目前对于“流域水文预报模型”的相关问题，国内外水文工作者已经有了大量研究，先后开发了许多著名的预报模型，但由于影响水文过程的流域下垫面等各类情况比较复杂，一些流域水文预报模型的研究尚不完善，如水稻田地区的水文模型。在我国的大部分湿润和半湿润地区，三水源新安江模型具有很好的适用性。模型内部的产流和汇流参数具有较强的区域性，直接限制了新安江模型在特定流域的适用性。对此，如何根据已有的降水资料对新安江模型进行参数的率定和验证，就成了使用该模型过程中的重中之重。

另外，降水是时空变化特性最明显的水文气象要素，也是流域水文模型中的非常重要的一个输入变量。地面径流的产生、土壤含水量的变化等水文过程受降水的时空分配的影响很大。因此降水数据的质量在很大程度上影响降水径流过程的模拟和预报的准确度。目前，降水数据的获取方式主要有：地面雨量站点观测，卫星遥感测雨以及地面降水雷达反演。雨量站观测是应用最广泛、精度较高、技术较为成熟的一种方式，但是站点密度分布不均，在洋面上更是寥寥无几，即使在雨量站网布设密度较高的区域，降水资料的质量有时也不能满足相关研究工作的需要。地面降水雷达虽然能在一定程度上减小雨量计以点代面造成的偏差，但其覆盖范围小，缺乏普遍的适用性。卫星遥感测雨技术能够方便、快速获取具有较高时空分辨率的降水数据，且其空间覆盖范围广，在一定程度上能弥补其他来源的降水数据的不足，为降水-径流模拟和洪水预报及其他相关水文过程的研究提供有力的数据支持。近年来，随着航天遥感技术的不断进步，卫星遥感反演降水的发展十分迅速，卫星降水反演技术逐渐成熟，各种不同时空分辨率的全球卫星降水产品相续出现，目前国际上已经发布了TRMM(Tropical Rianfall Measuring Mission、CMORPH(Climate Prediction Center Morphing Technique)、GPCP（Global Precipitation Climatology Project）等一系列比较成熟的卫星降水产品。但是卫星降水数据都是通过其他探测信息间接推求降水量，卫星降水数据并不等同于实际降水量，因此在用卫星降水数据进行水文研究工作时很有必要对卫星降水数据进行精度评估，并对用卫星数据进行计算模拟的结果与实测值进行分析评价。

本文以汉江中上游流域为研究区，基于地面雨量站点观测数据评估CMORPH卫星降水数据的精度，采用新安江模型进行径流过程模拟，初步研究分析在现代水文模拟预报中CMORPH卫星降水数据的应用能力。

1.2国内外研究现状

1.2.1卫星降水数据研究现状

降水是水文循环过程中一个非常重要的环节，降水的测量在水文过程的研究中有着重要的意义。受各种多变因素的影响，降水在时空分布上的变化很大，呈现无规律分布。随着各种科学研究的深入，传统的地面观测站已经无法满足研究对降水数据的需要，受各种条件限制，地面雨量站分布不均，海面上更是寥寥无几，无法获取全球尺度的降水资料。而卫星遥感技术则克服了这些困难，可以从高空更快、更精确的获取全球尺度的降水资料。世界上第一台搭载降水雷达的卫星在1997年11月发射，这开启了全球降水监测的新纪元。Ba等基于GPI算法，提出了GOES多光谱降水算法，Wilheit等第一个提出了被动微波降水反演法。为了获取具有一定时间和空间分辨率的全球降水分析产品，在1986年启动了全球降水气候项目。近年来，随着卫星遥感技的发展，卫星反演降水技术逐渐成熟，各种卫星降水产品不断完善，其中具有代表性的卫星降水产品有TMPA、CMORPH、TRMM等。其中CMORPH是由美国国家海洋与大气管理局气候预测中心研发制作的全球高时空分辨率降水产品，时间分辨率为3小时，空间分辨率达到了。同时，高时空分辨率的降水产品对水文模型的发展产生了巨大的推动作用。

我国已经成功发生了风云一号、三号极轨和两个业务系列的风云二号静止气象卫星。2008年5月发射的FY-3号气象卫星首次装载了微波温度、温度探测和湿度垂直结构、云参数、降水参数以及陆地和海洋表面水文气象参数。开发了实时运行的FY-2可见光/红外估计降水产品和FY-3微波反演降水。2010年实现了将27688个地面雨量站和卫星降水融合用于水文预报工作中。刘俊峰、季漩、许时光、成璐等人对TRMM、CMORPH等卫星降水产品在中国不同地区的适用性进行了分析研究。

1.2.2水文模型研究现状

水文模型的开发研究和应用为人们科学分析研究水文过程、气候变化和人类活动对洪水、水资源影响的重要方法。水文模型的研究一直是水文科学中的重点。目前，国内外水文工作者开发研制了众多水文模型，。

1960年林斯雷和克劳福特研制Stanford模型，分析了降雨径流形成过程中下渗容量空间分布的影响。1969年Freeze和Harlan首先提出了分布式水文模型的概念。1975年Hewlett和Troenale提出了森林流域的边缘面积模拟模型(VSAS )。70年代Bevenh提出TOPgraphy水文模型(TOPgraphy based hydrological MODEL)。1980年英国、法国和丹麦水文学家联合研制了最具有代表性的分布式流域水文模型—SHE模型(System Hudrologic European)。1985年美国农业部农业研究中心的Alons和Decoursey研发了SWAM模型 (Small Watershed Model)。Jeff Arnold在1994年开发了在北美和加拿大广泛应用的SWAT模型(Soil and Water Assessment Tool)。最新发展的模型有TEREAM以及在SWAT和MATSALU模型的基础上开发的SWIM模型。

我国水文模型的研究起步比较晚，但也取得一定的成果。新安江模型是我国国内第一个完整的流域水文模型。该模型是1973年赵人俊^[15]及其工作团队在研究新安江洪水预报是提出设计的。1981年赵人俊解决了二水新安江模型水源划分问题，提出了改进新安江模型的意见。赵人俊、王佩兰在1983年提出把径流分成地面径流、壤中水径流和地下径流^[15]，在1988年对新安江模型的参数了进行分析^[19]，论证了模型的一些参数是相互独立的，在1989年阐述了三水源新安江模型参数优选的方法，1993年总结出新安江模型的优化步骤。1986年，包为民利用QuasiNewton方法，对新安江模型进行了优化。1987年，姜卉芳在三水新安江模型的基础上添加融雪模块。1990年，陈志明，赵人俊，钱孝星等研究了岩性与模型参数SM,KG之间的关系，为无资料地区分水源计算问题奠定了基础。1997年黄平等提出了流域三维动态水文数值模型。1998年，王光生等将新安江模型改进在半干旱地区应用。1998年李致家等在新安江模型结构中增加了超渗产流模块。2000年任立良实现了基于数字高程数据的新安江模型并模拟洪水的涨落过程。李雪淋，傅春等研发了一套新安江模型的计算系统，实现了人机交互界面，2005年曹丽娟等改进新安江模型的蒸散发计算，李莉莉于2006运用基于GIS的新安江模型，2007年王莉莉，李致家等运用地理信息系统技术和数字高程的数据，实现了基于DEM栅格流域信息的提取，并对新安江模型进行改进。李家致等在2009年利用栅格新安江模型对洪水的产流过程进行模拟。

1. 研究区概况

2.1研究区概况

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17624字

相关图片展示：