Исследование возможности применения модели...
description
Transcript of Исследование возможности применения модели...
![Page 1: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/1.jpg)
ИсследованиеИсследование возможностивозможностипримененияприменения моделимодели
тепловлагообменатепловлагообмена сушисуши сс атмосферойатмосферойкк расчетурасчету гидрографовгидрографов дождевогодождевого
речногоречного стокастока
ООО...ННН...НАСОНОВАНАСОНОВАНАСОНОВА, , , ЕЕЕ...МММ...ГУСЕВГУСЕВГУСЕВ, , , ЕЕЕ...ЭЭЭ...КОВАЛЕВКОВАЛЕВКОВАЛЕВ
ИнститутИнститут водныхводных проблемпроблем РАНРАН
ЛабораторияЛаборатория физикифизики почвенныхпочвенных водвод
![Page 2: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/2.jpg)
ОтличиеОтличие LSMLSM--моделеймоделей ототгидрологическихгидрологических моделеймоделей
♦♦ ВВ LSMLSM--моделяхмоделях рассчитываютсярассчитываются составляющиесоставляющие нене толькотольководноговодного, , ноно ии радиационногорадиационного ии тепловоготеплового балансовбалансов..
♦♦ ВходнаяВходная информацияинформация длядля LSMLSM--моделеймоделей включаетвключает вв себясебя значениязначения((нана каждомкаждом расчетномрасчетном шагешаге)) приходящихприходящих потоковпотоков коротковолновойкоротковолновой иидлинноволновойдлинноволновой радиациирадиации, , атмосферныхатмосферных осадковосадков, , температурытемпературы иивлажностивлажности воздухавоздуха, , скоростискорости ветраветра, , атмосферногоатмосферного давлениядавления..
♦♦ ВыходныеВыходные переменныепеременные насчитываютнасчитывают нескольконесколько десятковдесятковхарактеристикхарактеристик ((переменныхпеременных состояниясостояния ии потоковпотоков).).
♦♦ LSMLSM--моделимодели болееболее универсальныуниверсальны, , тт..кк. . могутмогут применятьсяприменяться длядлярасчетоврасчетов::
-- вв различныхразличных масштабахмасштабах ((отот локальноголокального додо глобальногоглобального););-- вв различныхразличных физикофизико--географическихгеографических условияхусловиях ((отот аридныхаридных додогумидныхгумидных, , длядля сезоннопромерзающихсезоннопромерзающих ии сезоннопротаивающихсезоннопротаивающихпочвогрунтовпочвогрунтов ии тт..пп.);.);
-- вв различныхразличных экосистемахэкосистемах ((лесныхлесных, , травяныхтравяных, , сс//хх ии тт..пп.).)..
![Page 3: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/3.jpg)
LSM LSM -- модельмодель SWAPSWAP
•• SWAPSWAP: : Soil Water Soil Water –– Atmosphere Atmosphere ––PlantsPlants
•• LSMLSM: : Land Surface Model Land Surface Model –– модельмодельтепловлагообменатепловлагообмена подстилающейподстилающейповерхностиповерхности сушисуши сс атмосферойатмосферой
![Page 4: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/4.jpg)
NWSNWS, , USAUSALSMLSMNCEP/Oregon State NCEP/Oregon State UniversityUniversity//AirAir ForceForce/NWS /NWS HydrologicHydrologic ResearchResearchLaboratoryLaboratory
NOAH NOAH 8.8.
InstituteInstitute ofof WaterWaterProblemsProblems, RAS, , RAS, RussianRussianFederationFederation
LSMLSMSoil Water Soil Water –– Atmosphere Atmosphere –– PlantsPlants
SWAPSWAP7.7.
MeteoMeteo--FranceFrance, , FranceFranceLSMLSMInteractionInteraction SoilSoil BiosphereBiosphereAtmosphereAtmosphere
ISBAISBA6.6.
UniversityUniversity ofof CaliforniaCaliforniaatat BerkelyBerkely//PrincetonPrincetonUniversityUniversity, USA, USA
SSemiemi--distributeddistributed macroscalemacroscalehydrologicalhydrological modelmodel thatthat solvessolves fullfullwaterwater andand energyenergy balancesbalances
ThreeThree--LayerLayer VariableVariableInfiltrationInfiltration CapacityCapacitySchemeScheme
VICVIC--3L3L5.5.
USGSUSGS (US Geological (US Geological Survey) Survey)
PhysicallyPhysically basedbased hydrologicalhydrological modelmodelthatthat waswas designeddesigned toto workwork bothboth withwithlumpedlumped andand distributeddistributed parametersparameters
PrecipitationPrecipitation--Runoff Runoff Modeling SystemModeling System
PRMSPRMS4.4.
CemagrefCemagref, , FranceFranceCConceptualonceptual, , lumpedlumped--parameterparameter, , rainfallrainfall––runoffrunoff hydrologicalhydrological modelmodel
MMododèèlele du Gdu Géénie Rural nie Rural àà4 param4 paramèètres Journaliertres Journalier
GRGR44JJ3.3.
NWS, USANWS, USADDeterministiceterministic, , lumpedlumped--parameterparameter, , conceptualconceptual, , rainfallrainfall––runoffrunoffhydrologicalhydrological modelmodel
SacramentoSacramento modelmodelSACSAC2.2.
NWSNWS (National Weather (National Weather Service), Service), USAUSA
CConceptualonceptual, , lumpedlumped--parameterparameter, , rainfallrainfall––runoffrunoff hydrologicalhydrological modelmodel
SimpleSimple WaterWater BalanceBalanceSWBSWB1.1.
OrganizationOrganization, , countrycountry
ModelModel typetypeModelModel fullfull namenameModel Model acronymacronym
NN
СписокСписок моделеймоделей –– участниковучастников международногомеждународного проектапроекта
MOPEX (MOPEX (MOdelMOdel Parameter estimation Parameter estimation EXperimentEXperiment))
![Page 5: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/5.jpg)
МедианыМедианы эффективностейэффективностей расчетарасчета суточныхсуточных EffEffcc иимесячныхмесячных EffEffмм значенийзначений стокастока, , аа такжетакже абсолютныхабсолютных
значенийзначений систематическойсистематической ошибкиошибки расчетарасчета BiasBias длядля 12 12 речныхречных бассейновбассейнов заза 19601960--1998 1998 гггг., ., полученныеполученные разнымиразными
моделямимоделями, , участвовавшимиучаствовавшими вв проектепроекте MOPEXMOPEX
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
SW
B
SA
C
GR
4J
PR
MS
VIC
ISB
A
NO
AH
SW
AP
_k0
Effc Effм BiasМодель
Eff c , Eff m, Bias , %
Eff c Eff m Bias
![Page 6: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/6.jpg)
ЦелиЦели работыработы::
•• ВыявлениеВыявление потенциалапотенциала LSMLSM--моделимодели SWAP SWAP ввотношенииотношении воспроизведениявоспроизведения дождевогодождевого речногоречногостокастока..
•• СопоставлениеСопоставление точноститочности расчетарасчета гидрографовгидрографовстокастока, , полученныхполученных сс использованиемиспользованием LSMLSM--моделимоделиSWAP SWAP ии гидрологическихгидрологических моделеймоделей..
![Page 7: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/7.jpg)
SWAP: SWAP: гидрологическиегидрологические процессыпроцессы, , происходящиепроисходящие вв теплыйтеплый периодпериод годагода
♦♦ перехватперехват осадковосадков растительностьюрастительностью;;♦♦ испарениеиспарение перехваченныхперехваченных осадковосадков;;
♦♦ формированиеформирование поверхностнойповерхностной ииподземнойподземной составляющихсоставляющих стокастока; ;
♦♦ впитываниевпитывание водыводы вв почвупочву; ; ♦♦ формированиеформирование водноговодного балансабалансазонызоны аэрацииаэрации, , включающеевключающее вв себясебятранспирациютранспирацию, , испарениеиспарение сс почвыпочвы, , водообменводообмен сс нижележащиминижележащимислоямислоями ии динамикудинамику почвенныхпочвенныхвлагозапасоввлагозапасов; ;
♦♦ динамикадинамика уровняуровня грунтовыхгрунтовых водвод..
![Page 8: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/8.jpg)
Примеры использования модели SWAP длярасчета стока рек с преимущественно
дождевым питанием
12 водосборов
S=1020 до 4421 км2.
![Page 9: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/9.jpg)
МетеорологическиеМетеорологическиеданныеданныесс 11--часовымчасовым шагомшагом((сс 19196060 попо 11999988))::
♦♦ ПриходящаяПриходящая коротковолноваякоротковолновая радиациярадиация♦♦ ПриходящаяПриходящая длинноволноваядлинноволновая радиациярадиация♦♦ ТТемператураемпература воздухавоздуха ((нана 2 2 мм))♦♦ ВлажностьВлажность воздухавоздуха ((нана 2 2 мм))♦♦ СкоростьСкорость ветраветра ((нана 10 10 мм))♦♦ ПриземноеПриземное атмосферноеатмосферное давлениедавление♦♦ ИнтенсивностьИнтенсивность осадковосадков
![Page 10: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/10.jpg)
ПараметрыПараметрырастительногорастительногопокровапокрова::
♦ Класс растительного покрова♦ Доля каждого класса растительного покрова♦ Относительная площадь стеблей, стволов и веток (SAI)♦ Толщина корнеобитаемой зоны♦ Емкости перехвата жидких и твердых осадков♦ Средний линейный размер листа♦ Высота растений
♦ Относительная площадь листьев (Total LAI)♦ Доля зеленых листьев (green LAI / Total LAI)♦ Параметр шероховатости♦ Высота слоя вытеснения♦ Альбедо
![Page 11: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/11.jpg)
♦ Коэффициент фильтрации♦ Пористость♦ Наименьшая влагоемкость♦ Влажность завядания♦ Степенной показатель B♦ Потенциал почвенной влаги при насыщении♦ Глубина почвенной колонки♦ Альбедо почвы
ПочвенныеПочвенныепараметрыпараметры::
![Page 12: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/12.jpg)
Методы калибровки параметровмодели SWAP
•• 1. 1. КалибровкаКалибровка моделимодели вручнуювручную..
•• 2. 2. СтатистическийСтатистический методметод прямогопрямого поискапоискаоптимумаоптимума ((методметод случайногослучайного поискапоиска ––Random Search Technique Random Search Technique -- RSTRST) ) целевойцелевойфункциифункции..
•• 3. 3. МетодМетод эволюцийэволюций тасуемыхтасуемых группгрупп((Shuffled Complex Evolution methodShuffled Complex Evolution method SCESCE--UAUA) )
![Page 13: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/13.jpg)
Калибруемые параметры
Эксперименты Парам
етр
Описание
SWA
P_K
0
SWA
P_6_
SCE
SWA
P_SC
E1
SWA
P_SC
E2
SWA
P_R
ST
SWA
P_SC
E3
Почвенные параметры K0 Коэффициент фильтрации + + + + + + hg0 Толщина почвенной колонки – + + + + + Wsat Пористость – + + + + + Wfc Наименьшая влагоемкость – + + + + + Wwp Влажность завядания – + + + + + B B-параметр – – + + + + ϕ0 Потенциал почвенной влаги при насыщении – – + + + +
Параметры трансформации стока n Коэффициент шероховатости Маннинга – – + + + +
Параметры растительности hr Толщина корнеобитаемого слоя – + + + + + kα Корректирующий множитель к альбедо – – + – – +
kLAI Корректирующий множитель к LAI – – – – – +
Корректирующие множители к метеорологическим данным klp к жидким осадкам – – – + + + ksp к твердым осадкам – – – – – ++ ksw к коротковолновой радиации – – – + + + klw к длинноволновой радиации – – – + + +
![Page 14: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/14.jpg)
∑∑
−
−−=
Ω
Ω
xx
xxEff 2
obs
2obscal
)(
)(1
obs
СтатистическиеСтатистические критериикритерии соответствиясоответствиярассчитанныхрассчитанных ии измеренныхизмеренных значенийзначений стокастока♦♦ СистематическаяСистематическая ошибкаошибка biasbias, , равнаяравная разностиразности междумежду рассчитаннымирассчитаннымиии наблюденныминаблюденными значениямизначениями стокастока, , усредненнымиусредненными попо рассматриваемомурассматриваемомупериодупериоду
♦♦ СреднеквадратическаяСреднеквадратическая ошибкаошибка RMSERMSE..
♦♦ КоэффициентКоэффициент корреляциикорреляции междумежду рассчитаннымирассчитанными ((xxcalcal) ) ии наблюденныминаблюденными((xxobsobs) ) значениямизначениями стокастока CorrCorr ((суточнымисуточными илиили месячнымимесячными) )
♦♦ ЭффективностьЭффективность расчетарасчета попо НэшуНэшу--СатклиффуСатклиффу [[NashNash, , SutcliffeSutcliffe, 1970, 1970] ] EffEff::
СогласноСогласно [[АпполовАпполов ии дрдр., 1974., 1974]: ]: ««хорошаяхорошая»» точностьточность –– припри EffEff > > 0.75 0.75 ««удовлетворительнаяудовлетворительная»» -- припри 0.36 0.36 < < EffEff < < 0.750.75
![Page 15: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/15.jpg)
МедианыМедианыэффективностейэффективностей
расчетарасчета суточныхсуточных иимесячныхмесячных значенийзначений
стокастока, , аа такжетакжесистематическихсистематическихошибокошибок расчетарасчета
(12 (12 бассейновбассейнов, 3 , 3 расчетныхрасчетныхпериодапериода, 6 , 6 калибровочныхкалибровочных
экспериментовэкспериментов))
-0.2-0.1
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
SWAP_apri
oriSWAP_K
0_man
ual
SWAP_6_S
CE
SWAP_SCE1
SWAP_SCE2
SWAP_RST
SWAP_SCE3
1960-1980 1980-1998 1960-1999M
edia
n da
ily e
ffici
ency
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
SWAP_a
priori
SWAP_K
0_man
ual
SWAP_6
_SCE
SWAP_S
CE1
SWAP_S
CE2
SWAP_R
ST
SWAP_S
CE3
Med
ian
abso
lute
bia
s, %
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
SWAP_apri
oriSWAP_K
0_man
ual
SWAP_6_S
CE
SWAP_SCE1
SWAP_SCE2
SWAP_RST
SWAP_SCE3
Med
ian
mon
thly
effi
ciec
y
![Page 16: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/16.jpg)
ЭффективностьЭффективность расчетарасчета суточныхсуточных ии месячныхмесячныхзначенийзначений стокастока, , аа такжетакже систематическаясистематическая ошибкаошибка
расчетарасчета стокастока
6 6 экспериментовэкспериментов, 12 , 12 речныхречных бассейновбассейнов, 3 , 3 расчетныхрасчетных периодапериода))
![Page 17: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/17.jpg)
СопоставлениеСопоставление измеренныхизмеренных гидрографовгидрографов стокастока иисмоделированныхсмоделированных вв двухдвух калибровочныхкалибровочных экспериментахэкспериментах
((SWAPSWAP__KK0 0 ии SWAPSWAP__SCESCE3) 3) длядля двухдвух бассейновбассейнов заза двадвагидрологическихгидрологических годагода
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720
observed streamflowSWAP_K0SWAP_SCE3
Южный Приток Потомак Ривер
Сток,
мм
/сут
Гидрологический год 1963-1964 Гидрологический год 1964-1965
измеренный сток
0
2
4
6
8
10
12
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720
Сток,
мм
/сут
Фрэнч Брод Ривер
Гидрологический год 1968-1969 Гидрологический год 1969-1970 Номер суток
SWAP_K0:SWAP_K0:
EffEffcc=0.22=0.22
EffEffмм=0.=0.5454
SWAP_SCE3:SWAP_SCE3:
EffEffcc=0.70=0.70
EffEffмм=0.=0.8484
SWAP_K0:SWAP_K0:
EffEffcc=0.=0.6262
EffEffмм=0.=0.5454
SWAP_SCE3:SWAP_SCE3:
EffEffcc=0.=0.6767
EffEffмм=0.=0.8787
![Page 18: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/18.jpg)
NWSNWS, , USAUSALSMLSMNCEP/Oregon State NCEP/Oregon State UniversityUniversity//AirAir ForceForce/NWS /NWS HydrologicHydrologic ResearchResearchLaboratoryLaboratory
NOAH NOAH 8.8.
InstituteInstitute ofof WaterWaterProblemsProblems, RAS, , RAS, RussianRussianFederationFederation
LSMLSMSoil Water Soil Water –– Atmosphere Atmosphere –– PlantsPlants
SWAPSWAP7.7.
MeteoMeteo--FranceFrance, , FranceFranceLSMLSMInteractionInteraction SoilSoil BiosphereBiosphereAtmosphereAtmosphere
ISBAISBA6.6.
UniversityUniversity ofof CaliforniaCaliforniaatat BerkelyBerkely//PrincetonPrincetonUniversityUniversity, USA, USA
SSemiemi--distributeddistributed macroscalemacroscalehydrologicalhydrological modelmodel thatthat solvessolves fullfullwaterwater andand energyenergy balancesbalances
ThreeThree--LayerLayer VariableVariableInfiltrationInfiltration CapacityCapacitySchemeScheme
VICVIC--3L3L5.5.
USGSUSGS (US Geological (US Geological Survey) Survey)
PhysicallyPhysically basedbased hydrologicalhydrological modelmodelthatthat waswas designeddesigned toto workwork bothboth withwithlumpedlumped andand distributeddistributed parametersparameters
PrecipitationPrecipitation--Runoff Runoff Modeling SystemModeling System
PRMSPRMS4.4.
CemagrefCemagref, , FranceFranceCConceptualonceptual, , lumpedlumped--parameterparameter, , rainfallrainfall––runoffrunoff hydrologicalhydrological modelmodel
MMododèèlele du Gdu Géénie Rural nie Rural àà4 param4 paramèètres Journaliertres Journalier
GRGR44JJ3.3.
NWS, USANWS, USADDeterministiceterministic, , lumpedlumped--parameterparameter, , conceptualconceptual, , rainfallrainfall––runoffrunoffhydrologicalhydrological modelmodel
SacramentoSacramento modelmodelSACSAC2.2.
NWSNWS (National Weather (National Weather Service), Service), USAUSA
CConceptualonceptual, , lumpedlumped--parameterparameter, , rainfallrainfall––runoffrunoff hydrologicalhydrological modelmodel
SimpleSimple WaterWater BalanceBalanceSWBSWB1.1.
OrganizationOrganization, , countrycountry
ModelModel typetypeModelModel fullfull namenameModel Model acronymacronym
NN
СписокСписок моделеймоделей –– участниковучастников международногомеждународного проектапроекта
MOPEX (MOPEX (MOdelMOdel Parameter estimation Parameter estimation EXperimentEXperiment))
![Page 19: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/19.jpg)
МедианыМедианыэффективностейэффективностейрасчетарасчета суточныхсуточных
ии месячныхмесячныхзначенийзначений стокастока, , аатакжетакже абсолютныхабсолютных
значенийзначенийсистематическойсистематическойошибкиошибки расчетарасчета
BiasBias длядля трехтрехрасчетныхрасчетныхпериодовпериодов ии
разныхразных моделеймоделей
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
SWB
SA
C
GR
4J
PR
MS
VIC
ISBA
NO
AH
SW
AP
_k0
SW
AP
_SC
E3
1960-1979 1980-1998 1960-1998
Med
ian
daily
eff
icie
ncy
-30-25-20-15-10-505
1015202530354045
SWB
SAC
GR
4J
PRM
S
VIC
ISBA
NO
AH
SWAP
_k0
SWAP
_SC
E3
Med
ian
abso
lute
bia
s, %
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
SW
B
SA
C
GR
4J
PR
MS
VIC
ISB
A
NO
AH
SW
AP
_K0
SW
AP
_SC
E3M
edia
n m
onth
ly e
ffici
ency
![Page 20: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/20.jpg)
ЭффективностиЭффективности расчетарасчета суточныхсуточных ии месячныхмесячных значенийзначенийстокастока, , аа такжетакже абсолютныеабсолютные значениязначения систематическойсистематической ошибкиошибки
BiasBias, , полученныеполученные разнымиразными моделямимоделями длядля каждогокаждого изиз 12 12 речныхречных бассейновбассейнов ии длядля трехтрех расчетныхрасчетных периодовпериодов
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Dai
ly e
ffici
ency
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Dai
ly e
ffici
ency
Calibration period (1960-1979)
Validation period (1980-1998)
The entire period (1960-1998)
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
SAC GR4J PRMS
Dai
ly e
ffici
ency
Basins
05
10152025303540
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Abso
lute
bia
s, %
05
10
15202530
3540
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Abso
lute
bia
s, %
05
10152025303540
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
SWB SWAP_k0 SWAP_SCE3
Abso
lute
bia
s, %
Basins
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mon
thly
effi
cien
cy
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mon
thly
effi
cien
cy
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
VIC ISBA NOAH
Mon
thly
effi
cien
cy
Basins
![Page 21: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/21.jpg)
Измеренные и воспроизведенные моделямиSWAP, SAC и PRMS гидрографы стока двух рек за
два гидрологических года
0
5
10
15
20
25
30
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720
0
30
60
90
120
150
precipitationobserved streamflowSACPRMSSWA_SCE3
Water Year 1978 Water Year 1979
Stre
amflo
w, m
m/d
ay
Basin 7
Precipitatin, m
m/day
0
3
6
9
12
15
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720
0
30
60
90
120
150
Stre
amflo
w, m
m/d
ay
Basin 12
Water Year 1965 Water Year 1966
Precipitatin, m
m/day
EffEffEff === 0.760.760.76EffEff == 0.760.76EffEff == 0.780.78BiasBias == --1%1%
EffEff == 0.51 0.51 BiasBias = = --9%9%EffEff == 0.49 0.49 BiasBias = = --1%1%EffEff == 0.43 0.43 BiasBias = = --5%5%
![Page 22: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/22.jpg)
СтатистическиеСтатистическиехарактеристикихарактеристики длядля
различныхразличных
интерваловинтервалов стокастока длядлявлажноговлажного бассейнабассейна заза
3939--летнийлетний периодпериод(1960(1960 -- 1998), 1998),
рассчитанныерассчитанные попосуточнымсуточным значениямзначениям
стокастока, , воспроизведеннымвоспроизведенным
моделямимоделями
SAC SAC ии PRMS PRMS ии SWAPSWAP
0
1
2
3
4
5
6
9.85-31.99
6.92-9.85
5.31-6.91
3.82-5.31
2.82-3.82
2.34-2.82
2.01-2.34
1.76-2.01
1.54-1.76
1.31-1.54
1.08-1.31
0.84-1.08
0.34-0.84
RM
SE
, mm
/day
Flow intervals, mm
0
2
4
6
8
10
12
14
16
9.85-31.99
6.92-9.85
5.31-6.91
3.82-5.31
2.82-3.82
2.34-2.82
2.01-2.34
1.76-2.01
1.54-1.76
1.31-1.54
1.08-1.31
0.84-1.08
0.34-0.84
observed streamflowSACPRMSSWAP_K0SWAP_SCE3
Basin 7
Flow intervals, mm
Mea
n st
ream
flow
, mm
/day
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
9.85-31.99
6.92-9.85
5.31-6.91
3.82-5.31
2.82-3.82
2.34-2.82
2.01-2.34
1.76-2.01
1.54-1.76
1.31-1.54
1.08-1.31
0.84-1.08
0.34-0.84
Coe
ffici
ent o
f cor
rela
tion
Flow intervals, mm
![Page 23: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/23.jpg)
СтатистическиеСтатистическиехарактеристикихарактеристики длядля
различныхразличных интерваловинтерваловстокастока длядля засушливогозасушливогобассейнабассейна заза 3939--летнийлетнийпериодпериод (1960(1960 -- 1998), 1998), рассчитанныерассчитанные попо
суточнымсуточным значениямзначениямстокастока, ,
воспроизведеннымвоспроизведенныммоделямимоделями
SAC SAC ии PRMS PRMS ии SWAPSWAP
0
1
2
3
4
5
6
7
3.78-39.2
2.02-3.78
1.26-2.02
0.84-1.26
0.55-0.84
0.40-0.55
0.30-0.40
0.25-0.30
0.22-0.25
0.19-0.22
0.15-0.19
0.12-0.15
0.05-0.12
RM
SE
, mm
/day
Flow intervals, mm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
3.78-39.2
2.02-3.78
1.26-2.02
0.84-1.26
0.55-0.84
0.40-0.55
0.30-0.40
0.25-0.30
0.22-0.25
0.19-0.22
0.15-0.19
0.12-0.15
0.05-0.12
obs erved s tream flowSACPRMSSWAP_K0SWAP_SCE3
Mea
n st
ream
flow
, mm
/day
Flow intervals, mm
Basin 12
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
3.78-39.2
2.02-3.78
1.26-2.02
0.84-1.26
0.55-0.84
0.40-0.55
0.30-0.40
0.25-0.30
0.22-0.25
0.19-0.22
0.15-0.19
0.12-0.15
0.05-0.12
Coe
ffici
ent o
f cor
rela
tion
Flow intervals, mm
![Page 24: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/24.jpg)
1.1. ТочностьТочность моделированиямоделирования речногоречного стокастока зависитзависит вв большейбольшей степенистепени ототкачествакачества калибровкикалибровки ((методаметода калибровкикалибровки, , используемойиспользуемой целевойцелевойфункциифункции, , выборавыбора калибруемыхкалибруемых параметровпараметров), ), чемчем отот типатипа моделимодели ((LSMLSM--модельмодель илиили гидрологическаягидрологическая модельмодель), ), припри условииусловии, , чточто качествокачествомоделимодели ((включаявключая, , вв частностичастности, , структуруструктуру моделимодели, , математическуюматематическуюформализациюформализацию физическихфизических процессовпроцессов, , программныйпрограммный кодкод) ) находитсянаходитсянана высокомвысоком уровнеуровне..
22. . НеточностиНеточности ии ошибкиошибки вв исходнойисходной метеорологическойметеорологической информацииинформациимогутмогут бытьбыть вв какойкакой--тото степенистепени скомпенсированыскомпенсированы применениемприменениемкорректирующихкорректирующих множителеймножителей кк темтем метеорологическимметеорологическимхарактеристикамхарактеристикам, , которыекоторые вв наибольшейнаибольшей степенистепени влияютвлияют нанаформированиеформирование стокастока. . КалибровкаКалибровка этихэтих множителеймножителей совместносовместно сспараметрамипараметрами моделимодели позволяетпозволяет снизитьснизить влияниевлияние систематическихсистематическихошибокошибок вв исходныхисходных метеоданныхметеоданных нана оптимизациюоптимизацию параметровпараметров моделимоделиии результатырезультаты моделированиямоделирования вв целомцелом. . КорректировкаКорректировка метеоэлементовметеоэлементовдолжнадолжна осуществлятьсяосуществляться вв пределахпределах точноститочности ихих оценкиоценки, , вв такомтакомслучаеслучае введениевведение корректирующихкорректирующих множителеймножителей будетбудет аналогичноаналогичновведениювведению традиционныхтрадиционных поправокпоправок ((которыекоторые вв данномданном случаеслучаеопределяютсяопределяются посредствомпосредством калибровкикалибровки) ) кк метеоэлементамметеоэлементам..
ВЫВОДЫ
![Page 25: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/25.jpg)
3. 3. СопоставлениеСопоставление двухдвух различныхразличных алгоритмовалгоритмов поискапоиска глобальногоглобальногооптимумаоптимума целевойцелевой функциифункции: : алгоритмаалгоритма случайногослучайного поискапоиска RSTRST ии методаметодаэволюцийэволюций тасуемыхтасуемых группгрупп SCESCE--UAUA показалопоказало, , чточто обаоба алгоритмаалгоритма приводятприводятпрактическипрактически кк одинаковымодинаковым результатамрезультатам. . ПреимуществаПреимущества первогопервого методаметодазаключаютсязаключаются вв томтом, , чточто пользовательпользователь можетможет вмешиватьсявмешиваться вв процесспроцесскалибровкикалибровки ии ускорятьускорять егоего заза счетсчет анализаанализа предварительныхпредварительных результатоврезультатовии суживаниясуживания пространствапространства значенийзначений калибруемыхкалибруемых параметровпараметров. . ЕслиЕсли жежевремявремя нене лимитированолимитировано, , тото удобнееудобнее воспользоватьсявоспользоваться вторымвторым методомметодом, , которыйкоторый нене требуеттребует вмешательствавмешательства пользователяпользователя ии нене зависитзависит отот егоегоквалификацииквалификации..
4. 4. ВыявленВыявлен наборнабор параметровпараметров моделимодели SWAPSWAP, , позволяющийпозволяющийвоспроизводитьвоспроизводить суточныесуточные ии месячныемесячные гидрографыгидрографы дождевогодождевого стокастока ссмаксимальноймаксимальной точностьюточностью..
5. 5. LSMLSM--модельмодель SWAP SWAP припри соответствующейсоответствующей калибровкекалибровке позволяетпозволяетвоспроизводитьвоспроизводить дождевойдождевой речнойречной стоксток сс точностьюточностью, , превышающейпревышающейточностьточность расчетарасчета попо наиболеенаиболее простымпростым гидрологическимгидрологическим моделяммоделям ((такимтакимкаккак SWB SWB ии GRGR44JJ) ) ии сопоставимойсопоставимой сс точностьюточностью расчетарасчета попо болееболее сложнымсложнымгидрологическимгидрологическим моделяммоделям ((такимтаким каккак SAC SAC ии PRMSPRMS), ), используемымиспользуемым ввоперативнойоперативной практикепрактике длядля гидрологическихгидрологических расчетоврасчетов..
ВЫВОДЫВЫВОДЫ((окончаниеокончание))
![Page 26: Исследование возможности применения модели тепловлагообмена суши с атмосферой к расчету гидрографов](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022042602/55720793497959fc0b8bb177/html5/thumbnails/26.jpg)
СпасибоСпасибоСпасибо зазаза вниманиевниманиевнимание!!!
NasonovaNasonova O.N., O.N., GusevGusev Ye.MYe.M., ., KovalevKovalev Ye.EYe.E. .
Investigating the Ability of a Land Surface Model to Simulate Investigating the Ability of a Land Surface Model to Simulate StreamflowStreamflow with with the Accuracy of Hydrological Models: A Case Study Using MOPEX Mathe Accuracy of Hydrological Models: A Case Study Using MOPEX Materialsterials
J. HydrometeorologyJ. Hydrometeorology. . 2009. 2009. VV. 10. . 10. NoNo 5. 5. PP. 1128. 1128--11501150