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(xué)》2016年博士論文

【摘要】：不確定性是指實(shí)際與估計(jì)之間的不同。不確定性研究對(duì)估計(jì)值在實(shí)際中的應(yīng)用具有重要意義。因此,在工程水文學(xué)中,不確定性研究已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究課題。降雨徑流模擬對(duì)水資源配置、洪水模擬、水庫(kù)調(diào)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(jié)構(gòu),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(guò)地面站點(diǎn)、衛(wèi)星遙感等方式獲取。本文主要對(duì)遙感數(shù)據(jù)模擬降雨徑流過(guò)程中的不確定性進(jìn)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(zhǎng)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(guān)性等因素的影響。本文主要從以下三個(gè)方面對(duì)洪水頻率分析中的不確定性進(jìn)行研究。第一,氣候變化造成的不確定性。第二,洪水變量相關(guān)性造成的不確定性(例如洪峰和洪量的相關(guān)性)。第三,綜合洪水頻率估計(jì)不確定性。主要研究成果與結(jié)論如下。第一,對(duì)全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)(簡(jiǎn)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(jìn)行了研究。為了定量地分析氣象數(shù)據(jù)不確定性對(duì)模擬水和能量通量的影響,研究了一個(gè)氣象數(shù)據(jù)模擬水和能量通量不確定性量化框架。一個(gè)基于水和能量平衡的分布式水文模型用于不確定性評(píng)估中。在碧流河流域的研究結(jié)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(yáng)輻射和風(fēng)速。對(duì)于高估的數(shù)據(jù),研究提出了修正公式。對(duì)修正公式的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)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(zhǔn)確性提高顯著。量化太陽(yáng)輻射和風(fēng)速不確定性對(duì)模擬水和能量通量的影響結(jié)果發(fā)現(xiàn),對(duì)于蒸發(fā)、陸面溫度和表層土壤濕度,在較熱的月份太陽(yáng)輻射的影響最大；而對(duì)于徑流,太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)、風(fēng)速及水文模型的結(jié)合影響最大。第二,對(duì)六種全球尺度的降雨產(chǎn)品的不確定性進(jìn)行了研究。這些降雨產(chǎn)品分別為T(mén)RMM3B42、TRMM3B42RT、GLDAS/Noah(GLDAS_Noah025SUBP_3H)、APHRODITE、 PERSIANN和GSMAP-MVK+。為了定量地分析降雨產(chǎn)品不確定性對(duì)徑流模擬不確定性的影響,研究提出了一個(gè)降雨產(chǎn)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(chǎn)品不確定性、水文模型不確定性和不確定性相互作用對(duì)徑流不確定性的影響。在碧流河的研究結(jié)果表明,在日尺度上,沒(méi)有一種降雨產(chǎn)品可以完全地優(yōu)于其他產(chǎn)品；在月尺度上,依據(jù)使用的所有統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo),APHRODITE優(yōu)于其他產(chǎn)品。同時(shí),結(jié)果也表明水文模型和降雨產(chǎn)品的相互作用對(duì)徑流模擬精度具有重要的影響。該結(jié)果意味著如果忽略相互作用,可能會(huì)高估水文模型和降雨產(chǎn)品對(duì)徑流不確定性的影響。第三,提出了一個(gè)氣候變化條件下洪水頻率分析方法。在該方法中,LARS-WG萬(wàn)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(dòng)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(gè)基于方差分解的不確定性量化方法用于量化各個(gè)不確定性來(lái)源對(duì)極端洪水不確定性的貢獻(xiàn)。以提出的方法為基礎(chǔ),本文研究了碧流河流域未來(lái)洪水頻率的變化——未來(lái)碧流河流域洪水的量級(jí)可能會(huì)增大：對(duì)于500年重現(xiàn)期洪水,在2046-2065和2080-2099,洪水量級(jí)可能分別增大4.45%和6.35%。同時(shí),結(jié)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(chǎng)景不確定性的相互作用對(duì)洪水頻率有非常大影響,甚至可以大于溫室氣體排放場(chǎng)景的影響。第四,提出了一個(gè)雙變量成本效益洪水頻率估計(jì)方法。這個(gè)方法使用Copula函數(shù)模擬洪峰和洪量的相關(guān)性。并且,在該方法中研究提出了一個(gè)總成本標(biāo)準(zhǔn)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(gè)洪水變量的相關(guān)性,并且避免單變量成本效益法中一條洪水過(guò)程線對(duì)應(yīng)兩個(gè)總成本的不合理現(xiàn)象。為了定量地分析洪水?dāng)?shù)據(jù)相關(guān)性對(duì)洪水頻率分析的的影響,研究了一個(gè)考慮洪水變量相關(guān)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(guān)性對(duì)洪水頻率分析造成的不確定性。結(jié)果表明,考慮相關(guān)性的雙變量成本效益法洪水頻率估計(jì)值小于沒(méi)有考慮相關(guān)性的單變量成本效益法估計(jì)值。不確定性量化對(duì)比分析結(jié)果顯示,考慮和不考慮洪水變量相關(guān)性對(duì)洪水估計(jì)值的影響大于概率分布模型變化的影響。第五,提出了一個(gè)綜合多種不確定性的洪水頻率估計(jì)方法。該方法以成本效益分析為基礎(chǔ),使用概率區(qū)間量化洪水?dāng)?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(gè)新的洪水選擇指標(biāo)：穩(wěn)健性指標(biāo)。同時(shí),新提出的方法耦合了一個(gè)全局敏感性分析方法以分析各個(gè)不確定性對(duì)洪水頻率的影響。在三個(gè)分別具有127年、104年和54年觀測(cè)資料的流域?qū)υ摲椒ㄟM(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)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(jì)的不確定性；各不確定性相互作用對(duì)洪水頻率估計(jì)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(gè)不確定區(qū)間�？偝杀鞠孪拮钚】偝杀緦�(duì)應(yīng)的洪水值不能容許較大誤差變化,因此不穩(wěn)健。隨著洪水量級(jí)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(gè)交易。這個(gè)交易定量地提供了洪水估計(jì)值的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),因此能夠給決策者提供客觀的信息做出權(quán)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(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV12
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本文編號(hào)：1993043