使用次网格参数化和森林的树冠改善融雪径流预测的气候模型raybet雷竞技最新
乌尔里希STRASSER1和皮埃尔ETCHEVERS2 1地球与环境科学,部分地理,慕尼黑,德国慕尼黑大学2中心Meteorologiques全国生物学研究中心的研究员de la寺观、METEO-France,圣马丁d 'Heres,法国
4.1介绍
山区集雨的起源有很多大型河流和水资源的主要来源。他们不仅是一个当地的资源淡水供应和水力发电也大大影响下游河流的径流政权。增加需求的可持续管理水资源和有效防洪需求力量妥协之间水的开发和保护,需要一个全面的知识动力学的山区流域。后者尤为重要,等盆地,由常年积雪和glacierised地区主导,在春季融雪引起的洪水通常发展很快,可以产生灾难性的影响,对于环境和下游地区的人口。等的量化和预后融雪诱发洪水预报系统可以设置,包括气象预测加上一组水文模型来描述相关的过程控制径流与适当的预测的准确性和生产层(例如,欧洲洪水预报系统(EFFS):http://effs.wldelft.nl)。
很多方法存在的空间discretisation流域融雪径流计算组件,最大的输入控制地表水径流在融化季节:例如,各种版本的融雪径流模型采用分段排水的高程带结合区域损耗曲线概念(Rango和Martinec 1995)。贝尔和摩尔(1999)提供的详细讨论一个elevation-based融雪模型并讨论乐队的数量将是最有效的。除了海拔基于类的方法,各种各样的次网格参数化开发最近处理问题更连续地(1999年,斯通卢斯et al . 1999年)。所有这些研究表明融雪的山岳形态学建模的重要性,垂直领域是最重要的空间discretisation山区集雨(布劳恩et al . 1994年)。
可行的方法来研究解决影响融雪模拟质量和检测缩放效果在于使用相同的模型在不同的决议和比较结果与观测和/或最高的分辨率模拟,认为是最准确的。Habets et al。(1999)比较两种不同的模拟
raybet雷竞技最新在山区气候和水文。编辑c·德容d·柯林斯和r . Ranzi©2005年约翰·威利& Sons有限公司的大型盆地具有不同分辨率(8×8平方公里和128×128平方公里)。研究显示,结果是类似的决议在平坦的山谷地区,但他们是非常不同的高山盆地的部分。特别是,积雪的模拟空间元素的进化是不现实的,大小为128公里。这个结果证实了Etchevers et al .(2001),模拟监禁流域的水流与三个不同的决议。粗分辨率(46•46平方公里),一年一度的表面水通量很好计算,但每月的分区是不正确的。再一次,主要原因是穷人的模拟积雪融化。用一种改进的决议(8×8平方公里),融雪和河道流量是更好的模拟;只有在春天洪峰还高估了。最好的决议(1•1平方公里),这个系统偏差纠正:为变量雪线的高度是建模更现实,融化的水到达河逐渐和模拟洪水强度较低。然而,计算需求增加了64倍。
除了海拔,方面也可能决定因素来解释高山的积雪进化水域,但只有在一个小范围内,它的影响没有统计上的补偿。占雪堆一样snowcover可变性的一个来源。粗分辨率,最有前途的战略来提高预测融雪过程的动力学的考虑snow-vegetation交互。
本研究的目的是调查是否存在合适的精度和计算时间之间的妥协要求融雪模拟和预测区域范围内。我们应用ISBA-CROCUS造型方案上监禁流域(阿尔卑斯大区/法国)在两个空间分辨率(1公里,8公里)和调查的次网格参数化方法,可以应用于粗8公里分辨率和导致改善模拟。以下次网格参数化方法探索:首先是一种技术,利用高分辨率(1公里)的地形高程数据获得次网格信息8公里的细胞模型。原则上,这种方法是基于概率分布原理(摩尔1985):三个分区,不一定是连贯的推导为每个网格单元通过统计适应特定的地形变化。的高度分区用于插值的气象变量。第二次网格参数化是一个森林气候模型的影响raybet雷竞技最新森林的树冠气象条件是影响积雪。这两次网格参数化不影响计算时间,因为它们应用到气象变量提供离线气象模型。第三,次网格的参数化地形结合森林气候模型。raybet雷竞技最新
在所有情况下,我们探讨影响成因和年平均每日流量在流域水平衡。拟议的方法是可转让的,可用于改善运营融雪洪水模拟和预测。
4.2模型国际海底管理局和番红花
4.2.1 SVAT模型准备国际海底管理局
国际海底管理局soil-vegetation大气传输(SVAT)计划的开发全球环流模型(GCM)和数值天气预报(NWP)模型的法国气象局Meteo-France (Noilhan Planton 1989 Noilhan和Mahfouf 1996)。国际海底管理局计算表面的能量平衡(裸露的土壤、植被和雪)的基础上force-restore方法和有六个预后变量:表面的土壤含水量、根区,深层土壤和拦截水库,表面和深土壤温度。更深层次的根区土壤层可以喂毛细上升,只有根区域的水直接用于蒸腾。两个参数化尤为适用于水文用途:一次网格地表径流参数化允许模型考虑到土壤表面的细胞的分数是饱和的,和一个干燥的土壤条件被认为是最低底流参数化,它允许模型来模拟很小的放电。对待这两种参数化统一整个流域(Habets et al . 1999年)。国际海底管理局被Etchevers校准的参数等等。(2001 b)和不变模型。
国际海底管理局计算地表径流每5分钟。在这项研究中,模拟径流是聚合日常值和测量放电作直接比较。这直接的比较(没有任何路由)是足够的,因为由于大型救援和流域的规模相对较小的时间浓度远小于一天(Etchevers et al . 2001年)。
4.2.2雪模型番红花
番红花是一维雪模型原本雪崩风险预测;它模拟积雪的演变特点的气象条件(1992年布朗et al . 1989年)。模型考虑50层的内部状态的积雪(平行于地面坡度)通过计算其温度、液态水含量、密度和雪类型用15分钟的时间步长。番红花考虑了以下现象:能源交流层积雪和土壤和在其接口大气,吸收太阳辐射的深度、相变、水传播通过积雪,质量交流由于降水和液态水径流,压实和变质的雪。
磨粉的熔化率模拟路由到国际海底管理局,作为降水落在模型的一部分细胞不是雪覆盖着。snow-soil界面的温度梯度驱动导电通量。没有雪和植被之间的直接交互建模。
4.3上监禁排水和利用数据
上监禁流域位于法国南部阿尔卑斯山脉(图4.1)。它的一些特征可以从表4.1描述。因为火山起源的地下水位浅和存储容量导致夏天河量非常有限。该地区的raybet雷竞技最新气候主要是由一个地中海的影响:降水发生主要是在秋天(通常如雪)和由于严重的风暴事件在春天。相对较小的降水总量和高的平均海拔流域相对小的原因只有四分之一的森林覆盖率;大约一半的集水被草原覆盖,其余季度高山的环境用石块和雪。除了海鸥,主要支流
盆地的名称 |
监禁在La Clapiere |
阿尔卑斯大区/法国 |
|
海拔范围(米) |
787 - 4102 |
纬度/经度 |
45°N, 6.5°E |
面积(平方公里) |
2170年 |
Glacierised面积(平方公里) |
2 |
森林面积(平方公里) |
26 |
主要植被类型 |
高山牧场,落叶松林 |
地质 |
石灰石和水晶 |
在出口平均放电(毫米) |
713年 |
平均降水(毫米) |
1064年 |
平均蒸散(毫米) |
348年 |
的禁锢,没有其他重要的河流流域。下游La Clapiere Serre-Poncon大坝,在法国最大的水库,这是管理与多用途目的:水力发电,水的供应用于灌溉和娱乐。
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