本文選題：全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng) + GLDAS��； 參考：《大連理工大學》2016年博士論文

【摘要】：不確定性是指實際與估計之間的不同。不確定性研究對估計值在實際中的應用具有重要意義。因此,在工程水文學中,不確定性研究已經成為一個重要的研究課題。降雨徑流模擬對水資源配置、洪水模擬、水庫調度等都具有重要的意義。降雨徑流模擬需要輸入數(shù)據(jù)和水文模型。不同的降雨徑流模型具有不同的模型結構,因此使用到的數(shù)據(jù)也有所不同。這些數(shù)據(jù)可以通過地面站點、衛(wèi)星遙感等方式獲取。本文主要對遙感數(shù)據(jù)模擬降雨徑流過程中的不確定性進行研究。洪水頻率分析可以使用暴雨資料和流量資料,另外還可以考慮古洪水、可能最大洪水或可能最大降雨。洪水頻率分析受數(shù)據(jù)序列長度、數(shù)據(jù)選擇不確定性、數(shù)據(jù)序列代表性、概率分布模型選擇不確定性、概率分布模型參數(shù)不確定性、氣候變化、洪水變量相關性等因素的影響。本文主要從以下三個方面對洪水頻率分析中的不確定性進行研究。第一,氣候變化造成的不確定性。第二,洪水變量相關性造成的不確定性(例如洪峰和洪量的相關性)。第三,綜合洪水頻率估計不確定性。主要研究成果與結論如下。第一,對全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)(簡稱為：GLDAS/Noah)的輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)季節(jié)變化和空間變化的不確定性進行了研究。為了定量地分析氣象數(shù)據(jù)不確定性對模擬水和能量通量的影響,研究了一個氣象數(shù)據(jù)模擬水和能量通量不確定性量化框架。一個基于水和能量平衡的分布式水文模型用于不確定性評估中。在碧流河流域的研究結果表明,GLDAS/Noah氣溫和濕度數(shù)據(jù)具有很好的精度,但是高估太陽輻射和風速。對于高估的數(shù)據(jù),研究提出了修正公式。對修正公式的有效性進行了驗證,結果表明修正數(shù)據(jù)模擬的流量和陸地表面溫度數(shù)據(jù)準確性提高顯著。量化太陽輻射和風速不確定性對模擬水和能量通量的影響結果發(fā)現(xiàn),對于蒸發(fā)、陸面溫度和表層土壤濕度,在較熱的月份太陽輻射的影響最大；而對于徑流,太陽輻射數(shù)據(jù)、風速及水文模型的結合影響最大。第二,對六種全球尺度的降雨產品的不確定性進行了研究。這些降雨產品分別為TRMM3B42、TRMM3B42RT、GLDAS/Noah(GLDAS_Noah025SUBP_3H)、APHRODITE、 PERSIANN和GSMAP-MVK+。為了定量地分析降雨產品不確定性對徑流模擬不確定性的影響,研究提出了一個降雨產品模擬徑流不確定性量化框架。該框架使用方差分解的方法量化降雨產品不確定性、水文模型不確定性和不確定性相互作用對徑流不確定性的影響。在碧流河的研究結果表明,在日尺度上,沒有一種降雨產品可以完全地優(yōu)于其他產品；在月尺度上,依據(jù)使用的所有統(tǒng)計學指標,APHRODITE優(yōu)于其他產品。同時,結果也表明水文模型和降雨產品的相互作用對徑流模擬精度具有重要的影響。該結果意味著如果忽略相互作用,可能會高估水文模型和降雨產品對徑流不確定性的影響。第三,提出了一個氣候變化條件下洪水頻率分析方法。在該方法中,LARS-WG萬法用于降尺度氣候模型的輸出數(shù)據(jù)；TOPMODEL用于模擬極端洪水事件；動態(tài)多維搜索不確定性量化方法用于量化水文模型不確定性；一個基于方差分解的不確定性量化方法用于量化各個不確定性來源對極端洪水不確定性的貢獻。以提出的方法為基礎,本文研究了碧流河流域未來洪水頻率的變化——未來碧流河流域洪水的量級可能會增大：對于500年重現(xiàn)期洪水,在2046-2065和2080-2099,洪水量級可能分別增大4.45%和6.35%。同時,結果發(fā)現(xiàn)水文模型不確定性、大氣模型不確定性和溫室氣體排放場景不確定性的相互作用對洪水頻率有非常大影響,甚至可以大于溫室氣體排放場景的影響。第四,提出了一個雙變量成本效益洪水頻率估計方法。這個方法使用Copula函數(shù)模擬洪峰和洪量的相關性。并且,在該方法中研究提出了一個總成本標準幫助選擇具有某一頻率的洪峰和洪量值。相比以前方法,新方法能夠有效地考慮多個洪水變量的相關性,并且避免單變量成本效益法中一條洪水過程線對應兩個總成本的不合理現(xiàn)象。為了定量地分析洪水數(shù)據(jù)相關性對洪水頻率分析的的影響,研究了一個考慮洪水變量相關性的洪水頻率分析不確定性量化框架。在碧流河流域分析洪水變量相關性對洪水頻率分析造成的不確定性。結果表明,考慮相關性的雙變量成本效益法洪水頻率估計值小于沒有考慮相關性的單變量成本效益法估計值。不確定性量化對比分析結果顯示,考慮和不考慮洪水變量相關性對洪水估計值的影響大于概率分布模型變化的影響。第五,提出了一個綜合多種不確定性的洪水頻率估計方法。該方法以成本效益分析為基礎,使用概率區(qū)間量化洪水數(shù)據(jù)選擇、洪水概率分布模型選擇及模型參數(shù)的不確定性。在該方法中研究提出了一個新的洪水選擇指標：穩(wěn)健性指標。同時,新提出的方法耦合了一個全局敏感性分析方法以分析各個不確定性對洪水頻率的影響。在三個分別具有127年、104年和54年觀測資料的流域對該方法進行了驗證。結果表明提出的方法能夠有效地綜合數(shù)據(jù)選擇、概率分布模型選擇和模型參數(shù)估計的不確定性；各不確定性相互作用對洪水頻率估計具有非常重要的影響。由于不確定性的影響,總成本不是一條唯一的曲線,而是一個不確定區(qū)間�？偝杀鞠孪拮钚】偝杀緦暮樗挡荒苋菰S較大誤差變化,因此不穩(wěn)健。隨著洪水量級的增加,洪水穩(wěn)健性增加,但是最小總成本也增加。因此,在穩(wěn)健性和總成本之間存在一個交易。這個交易定量地提供了洪水估計值的優(yōu)點和缺點,因此能夠給決策者提供客觀的信息做出權衡。
[Abstract]:In this paper , the uncertainty of rainfall runoff simulation has been studied in this paper . The results of this paper are as follows : First , the uncertainty of rainfall runoff simulation results from the uncertainty of data sequence length , data selection uncertainty , data sequence representation , probability distribution model selection uncertainty , probability distribution model parameter uncertainty , climate change , and flood variable correlation .
In order to quantitatively analyze the influence of rainfall product uncertainty on runoff simulation uncertainty , a quantitative framework for rainfall simulation runoff uncertainty is proposed .
At the same time , the results also show that the interaction of hydrological model and rainfall product has an important influence on runoff simulation accuracy .
TOPMODEL is used to simulate extreme flood events ;
The uncertainty quantification method of dynamic multidimensional search is used to quantify the uncertainty of hydrological model ;
Based on the analysis of cost benefit , this paper studies the correlation between flood frequency and flood frequency .
Due to the influence of uncertainty , the total cost is not the only curve , but an uncertain interval . As the flood magnitude increases , the flood robustness increases , but the minimum total cost increases . As a result , there is a transaction between the robustness and the total cost . This transaction quantitatively provides the advantages and disadvantages of the flood estimate , so it can provide the decision maker with objective information .
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV12
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本文編號：1993043