基于WRF-Hydro模式的气象-水文耦合径流预报研究 ——以漳河流域为例

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气象-水文耦合是资料不足中小流域开展水文气象预报研究的有效手段。气象数据的质量,尤其是降水数据,是影响耦合预报精度的关键。因此,本研究以湖北省漳河流域为研究区域,开展了基于降雨偏差修正的气象-水文耦合实时径流预报研究。通过逐步订正法对WRF预报降雨进行偏差修正,构建了基于WRF数值天气预报模式和高分辨率WRF-Hydro分布式水文模型的WRF/WRF-Hydro气象-水文耦合模式。主要研究内容及结论如下:(1)WRF模式降雨预报。对比WRF模式8个物理参数化方案组合的降雨预报结果,Thompson微物理方案和Kain-Fritsch(new Eta)积云对流方案的组合整体表现较优且稳定,适合用于漳河流域的WRF模式降雨预报研究;然而,该方案组合的预报降雨与地面自动站-CMORPH卫星-雷达三源融合降水产品(CMPAS)相差较大,尤其是在局地性较强的降雨事件中,表明WRF模式在山区中小流域的预报准确性有待进一步提高。(2)WRF-Hydro模式参数率定及验证。饱和土壤含水量、河道曼宁粗糙度、下渗系数和表面粗糙度均对漳河流域的径流流量有较大影响,而河道曼宁粗糙度和表面粗糙度对漳河流域的径流过程也有较大影响。基于CMPAS的WRF-Hydro模式在漳河流域径流模拟方面表现较好,而基于ERA5再分析降水资料的WRF-Hydro模式径流模拟效果相对较差,表明降雨数据的质量是影响WRF-Hydro模式模拟效果的关键,模式参数的率定无法彻底抵消降雨数据精度问题导致的径流预报误差。(3)降雨偏差修正。通过逐步订正法修正后的WRF降雨在时空分布上更接近CMPAS,其1 h降水评分结果总体上更高,表明逐步订正法是修正WRF预报降雨偏差的有效方法之一。(4)WRF/WRF-Hydro气象-水文耦合径流模拟。经过降雨偏差修正后的实时径流预报结果较修正前得到了明显改善,表明通过逐步订正法修正WRF预报降雨偏差可大大提高径流预报的准确性。总体而言,基于降雨偏差修正的WRF/WRF-Hydro气象-水文耦合模式在漳河流域实时洪水预报和历史气象数据集重建方面具有较好的应用潜力。
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