遥感降水量产品及潜在蒸散量对寒区径流模拟的影响

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:WRYJL2001
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世界各地受降水影响发生的洪水、干旱和环境污染常造成大量的财产损失和人员伤亡。作为最重要的气象要素,降水是从事气候分析、干旱评估、洪水预报等相关研究的必要数据,目前,主要采用地面雨量站、天气雷达、遥感等方式观测降水。地面雨量站观测是最常用的测雨方法,但受站网布设密度及其空间分布不均的影响,站点降水往往代表性不足。天气雷达观测范围有限、覆盖率较低,缺乏普遍的适用性,不能满足大流域降雨观测的需求,在地形复杂地区相对具有较大的不确定性。近年来,一系列高时空分辨率的遥感降水量产品的出现,为解决常规及雷达测雨问题的不足提供了新的途径和方法,其中具有代表性的产品主要有热带降雨观测计划(Tropical rainfall measuring mission,TRMM)、美国气候预测降水中心融合技术降水产品(Climate prediction center morphing technique,CMORPH)、气候灾害组红外降水数据(Climate hazards group infrared precipitation with station data,CHIRPS)、全球卫星测绘降水计划(Global satellite mapping of precipitation,GSMaP)等。在应用这些降水量产品前,了解其数据误差的时空分布及在水文模拟中的应用能力是十分必要的。在流域或灌区尺度,国内外学者已应用SWAT(Soil and water assessment tool)在水文过程模拟、非点源污染、水资源管理与评价、土地利用方式变化等方面开展了较多研究。然而,关于不同方法计算的潜在蒸散量(Potential evapotranspiration,PET)对SWAT模拟结果影响的研究很少,尤其是在黑龙江省这样的高寒区典型流域研究更为稀缺。黑龙江省是中国纬度最高、最冷的寒区省份,冬季寒冷漫长,降雪、积雪、融雪、冻土、河道冰封、河水断流等水文现象十分普遍,这些不利因素增加了研发水文模型的难度。截至目前,虽然已有较多的PET计算方法,但不同方法计算的PET数值差别较大,在实际应用中各有其局限性。针对以上问题,本文以黑龙江省内呼兰河流域为研究区,选取TRMM 3B42V7、TRMM3B42RT、CHIRPS 3种卫星遥感降水量产品,以及基于地面雨量站采用反距离加权插值方法IDW(Inverse distance weighted)插值的栅格降水量数据,在不同时间尺度及0.05°×0.05°像元空间尺度上的精度及误差分布,并利用这些降水量产品驱动SWAT,研究其在寒区径流模拟中的适用性,以期为遥感降水量产品在寒区的应用提供更为可靠的降水数据。并以欧根河流域为研究区,考虑降雪、融雪等寒区水文过程以及下垫面空间不均匀性等自然地理条件,在分析多种PET计算方法特点的基础上,研究在高寒区流域不同方法计算的PET对SWAT模拟日流量过程的影响,以期寻找适宜我国高寒区的潜在蒸散量计算方法,为在我国高寒区应用SWAT提供借鉴。研究结果表明:流域日平均尺度上,3B42V7、3B42RT、CHIRPS分别高估地面降水量5.43%、41.24%、3.37%。3B42V7在流域日、月、季度时间尺度上很接近地面观测降水量。3B42RT的日降水强度累计概率分布与雨量站较为接近。3B42V7和CHIRPS在率定期和验证期的日流量模拟效果均较好,纳什效率系数率定期为0.77、0.84;验证期为0.67、0.56。3B42RT对流量峰值的模拟较差。可考虑采用TRMM 3B42V7和CHIRPS作为基础降水量资料应用于寒区水资源管理、干旱监测和洪水预报等相关研究;SWAT以子流域为尺度对PET计算结果进行插值的方式较粗略,不能较好反映PET的空间分布情况,在大面积森林覆盖的不同子流域,月平均PET值随不同子流域内森林物种的种类和分布不同数值变化较小,并非在考虑地形影响下SWAT模拟的日流量结果均好,在未考虑地形影响下Penman-Monteith模型与考虑地形影响下的Hargreaces模型、Shuttleworth-Wallace模型模拟结果较好,Penman-Monteith模型拟合的效果最好,率定期与验证期的Ens值分别为0.651、0.686,说明Penman-Monteith模型更适合用于高寒森林地区的潜在蒸散量计算。
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