本文選題：WRF模式 + 數(shù)據(jù)同化��； 參考：《中國(guó)水利水電科學(xué)研究院》2017年博士論文

【摘要】：可靠的水文預(yù)報(bào)能為防洪減災(zāi)、水庫(kù)調(diào)度、供水發(fā)電等提供決策依據(jù),也可為各類(lèi)工程的規(guī)劃、施工提供參考。延長(zhǎng)水文預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期和提高水文預(yù)報(bào)精度是研究水文預(yù)報(bào)的兩個(gè)技術(shù)難題。本研究引入數(shù)據(jù)同化方法進(jìn)行陸氣耦合水文預(yù)報(bào),探索同時(shí)解決兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題。一方面,利用數(shù)值大氣模式的預(yù)報(bào)降雨代替落地雨驅(qū)動(dòng)水文模型獲得流量過(guò)程,以延長(zhǎng)水文預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期,另一方面,通過(guò)數(shù)據(jù)同化改善數(shù)值大氣模式的預(yù)報(bào)降雨精度,進(jìn)一步提高徑流預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。研究首先采用WRF模式對(duì)阜平流域和紫荊關(guān)流域內(nèi)不同類(lèi)型的降雨進(jìn)行模擬,基于12組不同的物理參數(shù)化組合方案,探索最優(yōu)的物理參數(shù)化方案并構(gòu)建降雨集合預(yù)報(bào)集。通過(guò)構(gòu)建降雨評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,分別從累積降雨量和降雨時(shí)空分布等方面對(duì)降雨模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)�？傮w上,微物理過(guò)程WSM6方案優(yōu)于Lin方案。在空間尺度上,邊界層YSU方案優(yōu)于MYJ方案,而在累積降雨量和時(shí)間尺度上,MYJ方案優(yōu)于YSU方案。對(duì)研究區(qū)降雨的模擬影響更大的積云對(duì)流方案中,BMJ方案表現(xiàn)最差,KF方案最適合累積降雨量的模擬或預(yù)報(bào),GD方案對(duì)降雨空間分布的模擬結(jié)果更好,三種積云對(duì)流方案對(duì)降雨時(shí)間分布的模擬結(jié)果差異很小。綜合各物理參數(shù)化方案的優(yōu)勢(shì),最終確定方案1、4、6、7、8構(gòu)成降雨集合預(yù)報(bào)集。其次,依托WRF模式提供的WRF-3DVar平臺(tái),對(duì)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行同化。基于雷達(dá)數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的特點(diǎn),共設(shè)計(jì)了 11組同化數(shù)據(jù)的組合方案;進(jìn)一步對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的垂直分層,形成21組雷達(dá)數(shù)據(jù)的同化方案。結(jié)果表明:僅同化雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí),同化雷達(dá)反射率比同化徑向風(fēng)效果好,且同時(shí)同化兩種數(shù)據(jù)不如只同化雷達(dá)反射率;僅同化傳統(tǒng)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)效果較好,且同化效率最高,同化少量的數(shù)據(jù)就可以達(dá)到較好的預(yù)報(bào)效果;同時(shí)同化傳統(tǒng)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)的效果最好,特別是外層網(wǎng)格同化傳統(tǒng)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),內(nèi)層網(wǎng)格同化雷達(dá)數(shù)據(jù),能夠獲得比僅同化雷達(dá)數(shù)據(jù)更好的效果;并非同化數(shù)據(jù)量越多,同化效果越好,其效果取決于同化數(shù)據(jù)中的有效信息量。其次,對(duì)于雷達(dá)反射率或同時(shí)同化兩種雷達(dá)數(shù)據(jù),同化效果隨同化數(shù)據(jù)高度的增加而遞減。最終確定多源數(shù)據(jù)同化方案為外層網(wǎng)格同化傳統(tǒng)氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),內(nèi)層網(wǎng)格同化低于500m的雷達(dá)反射率,并對(duì)研究流域的4場(chǎng)典型降雨進(jìn)行集合預(yù)報(bào)。最后,實(shí)現(xiàn)WRF模式與河北模型的單向耦合,將WRF模式預(yù)報(bào)的降雨數(shù)據(jù)作為河北模型的輸入進(jìn)行水文集合預(yù)報(bào)。分析對(duì)比了基于未經(jīng)數(shù)據(jù)同化的預(yù)報(bào)降雨數(shù)據(jù)的水文預(yù)報(bào)、基于多源數(shù)據(jù)同化方案同化后的預(yù)報(bào)降雨數(shù)據(jù)的水文預(yù)報(bào)。結(jié)果表明,數(shù)據(jù)同化可以有效改善徑流預(yù)報(bào)精度,并延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期。在靜態(tài)預(yù)報(bào)中,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)同化后,洪量誤差降低了 1.03%～66.48%,洪峰流量誤差降低了 1.55%～95.54%,個(gè)別洪水場(chǎng)次的NSE能夠提高到0.958。在動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)中,四場(chǎng)典型洪水過(guò)程的預(yù)報(bào)精度均隨著預(yù)見(jiàn)期的延長(zhǎng)而降低。對(duì)于洪水場(chǎng)次I、II、IV,預(yù)見(jiàn)期分別達(dá)到6h、9h、9h時(shí),預(yù)報(bào)結(jié)果依然較好。而洪水場(chǎng)次VII,預(yù)報(bào)結(jié)果相比其他三場(chǎng)洪水的預(yù)報(bào)結(jié)果較差,但其預(yù)報(bào)結(jié)果總體較好,表明天氣雷達(dá)多源數(shù)據(jù)同化支持下的陸氣耦合水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)在保證預(yù)報(bào)精度的同時(shí),有效的延長(zhǎng)了預(yù)見(jiàn)期。研究成果對(duì)構(gòu)建適用于北方半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)的陸氣耦合水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)有一定的參考價(jià)值,為北方地區(qū)中小尺度流域的防洪決策提供技術(shù)支撐。
[Abstract]:In this paper , the simulation results of different types of rainfall in the basin of Fuping basin and Zijingguan are studied by using the WRF - 3DVar platform . The results show that data assimilation can improve the accuracy of runoff forecast effectively and prolong the forecast period . In the static forecast , the flood error is reduced by 1.03 % ~ 66.48 % , the flood peak flow error is reduced by 1 . 55 % ~ 95.54 % , and the flood peak flow error is reduced by 1.55 % ~ 95.54 % .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P338

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1793573