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

【摘要】：可靠的水文預(yù)報能為防洪減災(zāi)、水庫調(diào)度、供水發(fā)電等提供決策依據(jù),也可為各類工程的規(guī)劃、施工提供參考。延長水文預(yù)報的預(yù)見期和提高水文預(yù)報精度是研究水文預(yù)報的兩個技術(shù)難題。本研究引入數(shù)據(jù)同化方法進行陸氣耦合水文預(yù)報,探索同時解決兩個技術(shù)問題。一方面,利用數(shù)值大氣模式的預(yù)報降雨代替落地雨驅(qū)動水文模型獲得流量過程,以延長水文預(yù)報的預(yù)見期,另一方面,通過數(shù)據(jù)同化改善數(shù)值大氣模式的預(yù)報降雨精度,進一步提高徑流預(yù)報的準確性。研究首先采用WRF模式對阜平流域和紫荊關(guān)流域內(nèi)不同類型的降雨進行模擬,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)報集。通過構(gòu)建降雨評價指標體系,分別從累積降雨量和降雨時空分布等方面對降雨模擬結(jié)果進行評價�？傮w上,微物理過程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間尺度上,MYJ方案優(yōu)于YSU方案。對研究區(qū)降雨的模擬影響更大的積云對流方案中,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,GD方案對降雨空間分布的模擬結(jié)果更好,三種積云對流方案對降雨時間分布的模擬結(jié)果差異很小。綜合各物理參數(shù)化方案的優(yōu)勢,最終確定方案1、4、6、7、8構(gòu)成降雨集合預(yù)報集。其次,依托WRF模式提供的WRF-3DVar平臺,對不同來源的數(shù)據(jù)進行同化�；诶走_數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點,共設(shè)計了 11組同化數(shù)據(jù)的組合方案;進一步對雷達數(shù)據(jù)的垂直分層,形成21組雷達數(shù)據(jù)的同化方案。結(jié)果表明:僅同化雷達數(shù)據(jù)時,同化雷達反射率比同化徑向風效果好,且同時同化兩種數(shù)據(jù)不如只同化雷達反射率;僅同化傳統(tǒng)氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)效果較好,且同化效率最高,同化少量的數(shù)據(jù)就可以達到較好的預(yù)報效果;同時同化傳統(tǒng)氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)和雷達數(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)測數(shù)據(jù),內(nèi)層網(wǎng)格同化雷達數(shù)據(jù),能夠獲得比僅同化雷達數(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,對于雷達反射率或同時同化兩種雷達數(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)測數(shù)據(jù),內(nèi)層網(wǎng)格同化低于500m的雷達反射率,并對研究流域的4場典型降雨進行集合預(yù)報。最后,實現(xiàn)WRF模式與河北模型的單向耦合,將WRF模式預(yù)報的降雨數(shù)據(jù)作為河北模型的輸入進行水文集合預(yù)報。分析對比了基于未經(jīng)數(shù)據(jù)同化的預(yù)報降雨數(shù)據(jù)的水文預(yù)報、基于多源數(shù)據(jù)同化方案同化后的預(yù)報降雨數(shù)據(jù)的水文預(yù)報。結(jié)果表明,數(shù)據(jù)同化可以有效改善徑流預(yù)報精度,并延長預(yù)見期。在靜態(tài)預(yù)報中,經(jīng)過數(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%,個別洪水場次的NSE能夠提高到0.958。在動態(tài)預(yù)報中,四場典型洪水過程的預(yù)報精度均隨著預(yù)見期的延長而降低。對于洪水場次I、II、IV,預(yù)見期分別達到6h、9h、9h時,預(yù)報結(jié)果依然較好。而洪水場次VII,預(yù)報結(jié)果相比其他三場洪水的預(yù)報結(jié)果較差,但其預(yù)報結(jié)果總體較好,表明天氣雷達多源數(shù)據(jù)同化支持下的陸氣耦合水文預(yù)報系統(tǒng)在保證預(yù)報精度的同時,有效的延長了預(yù)見期。研究成果對構(gòu)建適用于北方半濕潤半干旱地區(qū)的陸氣耦合水文預(yù)報系統(tǒng)有一定的參考價值,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 % .

【學位授予單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P338

【參考文獻】

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本文編號：1793573