卫星降雨数据与地面站点资料在水文模型中的融合应用

地面站点观测的降雨资料可以代表站点附近的降雨真实情况,具有单点高精度观测优势;卫星降雨数据则具有空间分配观测优势,对雨量空间分配规律刻画较准确,但精度不如地面站点观测值。以南流江流域为例,通过将卫星降雨数据与地面站点资料融合应用到水文模型中,以融合后的降雨数据驱动新安江模型得到的径流过程与水文站实测流量过程吻合程度有明显改善。可见将卫星降雨数据与地面站点资料相融合,可弥补地面站点分布不均匀的问题,保证降雨数据更好反映实际降雨特征,在水文模拟中具有很好的应用价值。     

多源降水信息在秦淮河流域洪水模拟中的应用

目前天气雷达测雨与卫星遥感降水具有高时空分辨率与大面积的覆盖范围等特点,为洪水模拟预报提供了新的数据支持,但此类降水产品的预报能力差别较大,因此需对其进行精度评估。结合地面雨量站观测数据,在中纬度秦淮河下游流域定量评估S波段雷达测雨和全球高分辨率卫星CMORPH,Era-Interim,GPM和TRMM(3B42V7)降水数据的精度,并采用三水源新安江模型对选定的3场洪水过程进行了模拟。结果表明:在洪水过程径流模拟中,S波段雷达测雨数据与4种卫星降水产品均具有较好的径流模拟适用性;除雨量站外,精确度最高为S波段雷达和GPM,是当前评估中最好的降水产品,径流模拟精度达到0.92以上,且两种降水产品的趋势一致,其次是TRMM(3B42V7),Era-Interim,CMORPH卫星降水数据。研究成果可为天气雷达与常用卫星遥感降水数据在流域洪水模拟的水文预报应用提供参考与借鉴。     

TRMM卫星降水数据在黄河源区的适用性研究

具有较高时空分辨率的卫星降水数据为研究缺乏地面实测站点流域的水文循环过程提供了有力的支撑.以黄河源区为研究对象,在对比分析2002—2015年TRMM 3B42卫星降水数据与站点实测降水数据的基础上,利用VIC分布式水文模型验证了TRMM降水数据在我国资料稀缺的高寒流域径流模拟的适用性.结果表明,TRMM卫星测雨数据与...     

新一代GPM IMERG卫星遥感降水数据在中国南方地区的精度及水文效用评估

新一代GPM(Global Precipitation Measurement)IMERG(Integrated Multi-satellit E Retrievals for GPM)卫星遥感反演降水数据产品提供了覆盖范围更大、精度和时空分辨率更高的新的降水数据来源。本文以北江流域为例,基于高精度融合降水数据产品定量评估了新一代准实时"early-run"和"late-run"IMERG产品(IMERG-E和IMERGL)以及非实时后处理的"final-run"IMERG产品(IMERG-F)的精度,并结合VIC(Variable Infiltration Capacity)分布式水文模型评估了该系列产品的水文效用。结果表明:(1)研究区域内非实时IMERG-F产品有着较高的精度,网格尺度上日尺度相关系数为0.65,相对偏差为5.87%,优于上一代3B42-V7产品,而准实时的IMERG-E及IMERG-L产品的日相关系数则为0.6左右,精度同样令人满意;流域平均尺度上各产品精度均进一步提高;(2)情景I(基于站点观测降雨数据率定模型)的水文模拟结果表明,非实时IMERG-F产品表现出较好的水文效用,纳西效率系数为0.622;准实时的IMERG-E及IMERG-L产品虽总体上表现较差,但在汛期表现较好,说明该产品有应用于短期洪水预报的潜力;(3)情景II(基于3B42-V7数据率定模型)的结果表明,各IMERG产品的水文模拟表现均有显著改善,说明3B42历史数据适合在使用IMERG产品进行水文模拟时用于水文模型率定。     

基于多卫星降雨产品和多降雨径流模型的西江流域径流集合模拟

由于水文模拟不确定性的存在,单一模型获得的径流模拟结果难以满足水文精度要求。集合模拟则是减少不确定性,提高模拟精度的有效方法。现有研究多考虑水文模型的结构不确定性,将不同水文模型的径流模拟结果综合起来。但模型输入的不确定性也是水文模拟不确定性的重要来源。因此,基于贝叶斯加权平均(BMA)方法,考虑模型结构和输入的不确定性,设置了3种集合方案,对2种卫星降雨产品(TRMM、CMORPH)输入到3种水文模型(DDRM模型、新安江模型、GR4J模型)得到的径流序列进行集合,对各集合方案的模拟精度和不确定性进行分析。结果发现,不同卫星降雨产品输入到分布式水文模型中所得到的不同模拟序列具有较好的互补性,采用BMA方法对其进行集合模拟可以有效提高模拟精度,减小径流模拟不确定性。     

基于深度学习的多源降水数据融合方法及其应用

准确的水文模拟依赖于可靠的降水数据，遥感降水产品是对地面观测站点空间代表性差的有效补充，但其精度仍需进一步改进。为获得更高精度的降水数据，提出了一种时空动态数据融合方法，它结合了基于长短期记忆(LSTM)神经网络的空间插值方法与动态贝叶斯模型平均(DBMA)数据融合方法。基于该方法将IMERG-E遥感降水数据和地面站点观测降水数据进行了融合，并以湘江流域为例，通过评估融合降水数据的精度及水文模拟验证了该方法的可靠性以及融合降水产品的精度。结果表明：融合降水数据能够较好地反映湘江流域降水的空间分布特征，并与地面站点观测降水具有很高的相关性，在多个站点处的相关系数CC达到0.65以上，大多数站点达到与参考数据集(中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集1.0版，简称CMA)相同甚至更高的水平。此外，相较于IMERG-E和CMA,融合降水数据在水文模拟方面的性能有所提升，洪水事件验证期的纳什效率系数NSE分别从0.41和0.80提升至0.84。     

四种卫星降水数据在黄河源区的适用性分析

基于黄河源区17个气象站1998—2015年逐日降水量资料,分析多源卫星降水数据(TMPA、RT、CMORPH和PERSIANN)在该地区的适用性,并在此基础上评估TMPA数据在水文模拟应用中的潜力。结果表明:PERSIANN数据精度最低,其次为CMORPH和RT,TMPA数据精度最高,其中PERSIANN和RT数据在该地区存在高估降水量的问题。利用气象站插值降水量和唐乃亥水文站1998—2013年逐月径流资料对分布式水文模型(VIC模型)进行参数率定,在此基础上采用精度最高的TMPA数据驱动VIC模型,进一步验证了TMPA在黄河源区分布式水文模拟应用中具有较高潜力,TMPA模拟的径流过程与基于地面气象站插值降水量模拟的径流过程精度基本相当。     

TRMM降雨产品在无资料地区径流模拟中应用研究

文章主要是通过对TRMM卫星降水数据的精度评价及修正,以水文模型为工具,进一步分析卫星降雨产品在无资料地区的适用性.在相似流域确定的基础上,人为拟定一个流域作为无资料地区,进行卫星修正系数以及模型参数的移用,并对其径流模拟结果进行对比分析.结果表明:TRMM卫星降水数据的日模拟结果不理想,经过校正后的数据,对径流的模拟...     

TRMM卫星降雨数据在湖南省的精度和可靠性评定

卫星降雨数据的高时空分辨率使其在洪涝灾害监测、流域水文模型模拟等方面得以广泛应用,而对卫星降雨数据的精度评定和可靠性分析仍然是当前重要的研究课题。采用中低纬度旱涝灾害频发的湖南省23个国家基准气象站的降雨数据作为地面验证数据,对最新一代TRMM卫星降雨产品(3B42V7)的精度和误差特征进行了全面评估。从日、月、年和季节的不同时间尺度以及空间分布和高程等不同的空间要素方面对比分析了1999-2012年该卫星降雨产品在湖南地区的适应情况。研究表明:TRMM卫星反演降雨数据在日尺度上与地面气象站数据的匹配情况较差,相关系数仅为0.31;而在月尺度上有显著提高,相关系数为0.88。在干旱季节(11、12、1、2月)的表现要优于湿润季节(5、6、7、8月)。3B42卫星反演降雨数据存在比较明显的空间变异性,空间要素如高程、位置分布等对卫星降雨数据可靠性的影响强于降雨量的影响。     

DDRM模型在渠江流域的应用研究

为了进一步探究分布式水文模型(DDRM)的适用性,基于渠江流域的数字高程模型(DEM),提取了研究区域的边界、河网水系,计算了研究区域的地形指数;然后采用基于DEM的DDRM模型进行流域降雨-径流过程模拟,并用确定性系数、洪峰相对误差、峰现时间误差等对DDRM模型的模拟精度进行了评价;同时,对比分析了不同DEM栅格分辨率(1 km和2 km)对模型模拟精度的影响。结果表明:基于上述2种分辨率的DDRM模型在渠江流域降雨-径流模拟中均取得了较好的模拟效果,其中基于1 km栅格的DDRM模拟精度略优于2 km栅格。DDRM模型结构简单,参数较少、物理过程明确,而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布,可为缺资料地区水文模拟提供一种新的方法。     

基于DEM的分布式新安江模型在径流模拟中的应用研究

穆棱河流域雨量测站和水文站网比较稀疏,下垫面情况复杂,给中小河流的洪水预报工作带来了困难.本文构建了基于DEM的分布式新安江模型,选取穆棱河湖北闸站以上流域进行径流模拟,并分析了T RM M卫星降雨产品RT数据在径流模拟预报中的适用性.比较不同降雨输入下日径流模拟效果,实测站点数据的日径流模拟效果都很好,RT数据的径流...     

三峡区间TMPA和IMERG卫星降水产品精度评估

为了验证卫星降水产品对地面站点降水观测数据的可替代性,研究利用地面站点观测数据,采用统计分析方法,对三峡区间流域TMPA 3B43V7、GPM IMERG卫星降水产品进行月尺度下的精度评估。结果表明:2种卫星降水产品表现出较好的一致性;在流域上游地势平坦区域纬度较低,卫星降水产品精度相对较差;在流域下游高山峡谷地形纬度较高,卫星降水产品精度较好;卫星降水产品具有替代地面站点降水观测数据的潜力,在三峡区间流域具有一定的适用性。研究成果可为应用卫星降水产品进行三峡区间流域水文模拟、降水趋势分析等奠定基础。     

城市流域径流峰值对降雨时空异质性的响应

基于高时空分辨率的降雨产品,采用RainyDay暴雨生成器生成具有不同时空分布情景和降雨历时的设计降雨,通过分布式水文模型GSSHA模拟分析径流峰值对降雨时空异质性的响应规律,结合协方差分析方法和所构建的降雨时空异质性指标体系,定量研究不同降雨时空异质性指标对径流峰值的影响。结果表明:耦合短时序(2008—2016年)栅格降雨数据和RainyDay暴雨发生器,可以生成与实际降雨时空分布相似的流域设计降雨;降雨时空异质性对径流峰值具有显著的影响,其影响比降雨历时和降水量对径流峰值的影响大;雨峰系数、降雨集中度、1 h最大降水量对径流峰值的影响较大,其中雨峰系数的影响随着降雨历时或降雨重现期增大而减小,而降雨集中度则相反。     

降雨时空分辨率的尺度变化对分布式水文模拟影响的分析研究

结合不同降雨时间和空间尺度,以浑河流域沈阳站为研究区域,并结合静态和动态两组参数定量分析降雨时空分辨率变化对分布式水文模拟的影响,成果表明:降雨时间分辨率对分布式水文模拟影响较为敏感,降雨输入时间越短,其模拟精度越高,而降雨空间分辨率对分布式水文模拟精度影响程度较低。研究成果对于明晰降雨时空尺度变化对分布式水文模拟影响提供重要的参考价值。     

分布式水文模型在不同地形条件下的应用研究

本文旨在开发不同地形及水文地质条件下的具有结构上通用性和核心模块具有易调节性功能的分布式水文模型。基于GIS利用运动波理论基础方程式,结合不同流域的地形(水文地质条件),分别构建了黄土高原北部沟壑区的六道沟流域、位于平原区流经内蒙古东部和黑龙江西部的阿伦河流域,以及山地流域-Bukoro河流域(日本)的分布式水文模型,并利用对观测流量的数值模拟分别检验模型在各流域的实用性。结果表明:针对不同地形条件构建的分布式水文模型在对流域降雨-径流过程的模拟,取得了较好的效果,模拟精度在误差判断基准允许的范围之内(误差0.03),分析了在不同地形条件下构建分布式水文模型时模型结构上的通用性和核心模块的易调节性。本成果可以为不同地形的流域构建分布式水文模型提供参考和借鉴。     

西江流域CMORPH降水产品精度评估及水文效应研究

为分析卫星降水产品在西江流域的应用精度,为无资料地区的径流模拟提供数据支撑,结合基于雨量计监测的逐日降水产品CGDPA,对降水产品CMORPH进行多尺度精度评估,并以此驱动CREST模型进行径流模拟。结果显示:CMORPH能较好地再现西江流域日降水空间分布,日尺度上相关系数为0.71,月尺度上相关系数提高到0.88,在4季尺度上相关系数分别为0.52、0.75、0.67、0.47;在西江流域各降水等级频率计算中,除近乎无雨和微量降雨出现较大偏差外,其余等级频率计算结果与CGDPA近似。CMORPH日降水事件探测能力是POD为0.69、FAR为0.24、CSI为0.56。水文模拟效应中,CGDPA和CMORPH在整个观测时期内的纳什效率系数和相关系数分别为0.81和0.91、0.80和0.92。由此可得如下结论:CMORPH和CGDPA的相关系数在日月尺度上较高,但会随着季节的不同而发生变化。CMORPH的日降水探测能力较好,且在水文效应评估中取得了较好的效果。最终证明,CMORPH在西江流域可替代地面雨量计数据,从而在降水数据获取上提供便利。     

基于分布式水文模型的“尼伯特”台风暴雨洪水反演

台风暴雨具有强度大、降雨集中的特点,容易在沿海地区中小流域形成局地破坏性洪水灾害,基于高精度地形地貌数据构建分布式水文模型,是实现中小流域洪水模拟和预报的重要手段。以福建闽清县梅溪流域为研究区,基于高精度DEM、土壤和土地利用数据,采用中国山洪水文模型(CNFF-HM),构建了梅溪流域分布式水文模型,以56场实测水文气象资料对模型进行率定和验证,并对2016年7月9日发生的"尼伯特"台风带来的暴雨洪水进行反演。结果显示,构建的分布式水文模型验证和率定效果良好,对"尼伯特"台风暴雨洪水模拟的洪峰流量误差小于20%,确定性系数达到0.96,因此模型能够很好地反映流域短历时强降雨引发的洪水特征,为流域防洪减灾提供可靠的技术支撑。     

应用SCS模型计算秦巴山区小流域降雨径流

水土保持综合治理通过改变流域下垫面条件影响流域的降雨径流过程,基于土地利用类型、土壤类型等信息数据和流域水文资料,应用SCS流域水文模型对秦巴山区商南县两条对比流域进行降雨径流过程的模拟.结果表明,模型所模拟的径流过程与实测径流过程具有较好的一致性,相对误差小于18%,可以应用于秦巴山区小流域.     

时变增益模型在辽宁干旱半干旱流域的适用性研究

自然流域属于典型复杂开放的系统,水文要素的时空变化具有高度非线性的特点,干旱半干旱流域尤其显著。因此,针对干旱半干旱流域降雨径流非线性问题,运用水文非线性时变增益模型(TVGM)、GR4J模型、总径流线性响应模型及线性扰动模型对辽宁省干旱半干旱流域日径流过程进行模拟分析,从2个精度衡量指标对4个模型的应用效果进行较为深入的对比分析,探究这4个模型在干旱半干旱流域降雨径流模拟中的适用性。结果表明:在辽宁省干旱半干旱流域的水文模拟中,TVGM模型适用性最好、GR4J模型次之,两种线性模型适用性较差。TVGM模型引入时变增益因子,综合考虑了土壤湿度、降雨强度等产流的关键要素,其模拟和验证效果都比较理想,体现了该模型的特色和应用价值。     

降雨时空尺度对盘锦地区分布式水文模拟影响

文中对定量分析不同降水时空尺度变化对盘锦地区分布式水文模拟的影响,结合分布式水文模型SWAT模型,采用静态和动态参数方法,分析4种降雨输入时段对区域洪水模拟精度的影响,并通过降水空间聚集方法对6种降雨空间分辨率下的洪水模拟精度进行分析。研究成果对于盘锦地区洪水模拟方案制定具有重要的参考价值。