陆面水文模型发展、参数标定与移植
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• 陆面水文模型发展、参数标定与移植
及其耦合、模拟研究； • 基于全国50 kmX50 km大尺度陆面水文模型； • 陆面模型的参数标定、移植与模拟； • 讨论
陆面过程中地下水位的动态表示及其与气候模式的耦合.
– Xie Zhenghui, Zeng Qingcun, Dai Yongjiu, and Wang Bin, Numerical simulation of an unsaturated flow equation, Sciences in China(Series D), 4(14),429-436, 1998. – Xie Zhenghui, Zeng Qingcun, Dai Yongjiu, An unsaturated soil flow problem and its numerical simulation, Advances in Atmospheric Sciences, 16(2), 183198,1999 – Xie Zhenghui, Liang Xu, Zeng qingcun, A parameterization of groundwater table in a land surfacee model and its applications, Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 28(4),331-342, 2004. – Liang Xu, Xie Zhenghui, A new parameterization for surface and groundwater interac -tions and its impact on water budgets with the variable infiltration capacity(VIC) land surface model, Journal of Geophysics Research,108(D16), 8613,doi:10.1029/2002-JD003090, 2003. – Yang Hongwei, Xie Zhenghui, A new method to dynamically simulate groundwater table in land surface model VIC, Progress in Natural Progress,13(11), 819-825, 2003. – Yeh et al 2005 JC. – Maxwell et al 2005, JHM. – Xie Zhenghui, Xiangjun Tian, Hongwei Yang, A land surface parameterization scheme with a groundwater model for climate models and its applications,2006. – Tian xiangjun, Xie Zhenghui, Coupling a Groundwater Component to the NCAR Community Atmosphere Model,2006.
Variable Infiltration Curve Infiltration Capacity im
i0+P i
0
i=im[1-(1-A)1/b] R
W
W0
Baseflow Curve Baseflow,B
基于全国50 kmX50 km网格 大尺度陆面水文模型
基于全国50 kmX50 km网格 大尺度陆面水文模型
陆 面 过 程 模 式 （ ）
水分收支过程
VIC
能量收支过程
Grid Cell Energy and Moisture Fluxes
Grid Cell Vegetation Coverage
贵阳论坛www.gywoo.com
相关研究小组人员
• • • • 田向军, 梁妙玲, 张生雷, 袁 飞, 师春香 郑 婧, 宋丽叶 袁 星, 陈 锋 苏凤阁,杨宏伟(USA)
陆面过程
陆面过程是能够 影响气候变化的 发生在陆地表面 的土壤中控制陆 地与大气之间动 量、热量及水分 交换的那些过程；
提 纲
陆面水文生态模拟
– Xie Zhenghui, Liu Qian, Su Fengge, An application of the VIC-3L land surface model with the new surface runoff model in simulating streamflow for the Yellow River basin, IAHS Publiction No.289, 241-248, 2004. – 谢正辉，刘谦，袁飞，杨宏伟，基于全国50km×50km网格的大尺 度陆面水文模型框架,水利学报，(5),76-82,2004. – Yuan Fei, Xie Zhenghui, Liu Qian, Yang Hongwei, Su Fengge,et al, An application of the VIC-3L land surface model and remote sensing data in simulating streamflow for the Hanjiang River Basin, Canadian Journal of Remote Sensing, 30(5), 680-690,2004. – Su Fengge, Xie Zhenghui, A model for assessing effects of climate change on runoff in China, Progress in Natural Progress, 13(9), 701707,2003. – 梁妙玲,谢正辉,我国气候对植被分布和净初级生产力影响的数值模 拟,气候与环境研究,已接受,2006. – Yuan Fei, Xie Zhenghui, Liu Qian, Xia Jun, Simulating Hydrologic Changes with ClimBaidu Nhomakorabeate Change Scenarios in the Haihe River Basin, Pedosphere, 15(5): 595-600, 2005.
土壤水模型
用一维Richard’s方程来描述土层间的传导和扩散过程:
K ( ) ( D( ) ) t z z z
Qb
z=-z3
各土层的控制方程为： 1
t
. z1 P R E K ( ) z1 D( )
z
z1
2 . z2 P R E K ( ) z2 D ( ) t z
0
i=im[1-(1-A)1/b] R
W
W0
P
R
0 As
1
Fraction of Area
Layer 1
Layer 2
ii
Qd
Baseflow,B
Qb
Dm
Baseflow Curve
Qd
Layer 3
Qb
Ds Dm
0
WsW3c
W3c
Layer 3 Soil Moisture,W3
水分收支过程
植被蒸散、裸土蒸发、土壤水传输、排 水和径流决定了陆面过程中的水分收支， 也是VIC中所考虑的主要水文过程。 蒸散发（evaporation and transpiration） 冠层截流（canopy interception） 土壤水模型（soil hydrological model） 径流和排水（runoff and drainage）
陆面过程研究前沿问题
• 水文过程研究需要深入； • 生态过程机制（C,N循环）需要发展，植被 动态演替； • 各种非均匀性问题； • 陆面模型的参数标定与移植； • 陆面数据同化问题，全球土壤湿度等陆面分 量的时空分布； • 与区域与全球气候模式的耦合； • 各种应用问题； • 雪盖、冻土和旱土、大面积水面作用的描述 简单，冻土、雪盖占陆面面积都远大于1/4， 沙漠区占1/4。
2
Three-Layer Variable Infiltration Capacity
1
P N
...1 N+1 (VIC-3L) Model
Rs
Infiltration Capacity
RL Ec L S RL Et Eb
Canopy
Variable Infiltration Curve im
i0+P i
z2
3 .( z3 z2 ) K ( ) z2 D( ) t z
z2
Qb
径流和排水
P z2 .( s 2 ), i0 p im 1 b R i0 P P z2 .( s 2 ) z2 . s .1 i , i0 P im m
ECCE Summer School for Advanced Study in Climate and Environment
2006年7月30-8月12,北京
陆面水文模型发展、参数标定与移植 及其模拟研究
谢正辉，及其研究小组
中国科学院大气物理研究所
http://web.lasg.ac.cn/staff/xie/xie.htm
蒸散发
E E p
陆 面 过 程 模 式 中 的 蒸 发
Ep s( Rn G) c p d a / ra s (1 rs / ra )
冠层湿部蒸发Ew（wet canopy evaporation） 冠层蒸腾Etr（dry canopy transpiration）
VIC
裸土蒸发Eg（bare soil surface evaporation）
冠层水量平衡
冠层持水量Mc的平衡方程可由下式表达： M c P E w Dc t
P-降水率； Ew -土壤湿部蒸发； Dc-大于叶片最大持水量而滴落到地面的部分。
R
E K1 K2
P D1 D2
z=0 z=-z1 z=-z2
地表地下陆面水文机制
– Liang Xu, Xie Zhenghui, 2001, A New Surface Runoff Parameterization with Subgrid -Scale Soil Heterogeneity for Land Surface Models, Advances in Water Resources, 24(9-10), 1173-1193, 2001. – Xie Zhenghui, Su Fengge, Liang Xu, Zeng Qingcun, et al,Applications of a surface runoff model with Horton and Dunne runoff for VIC, Advances in Atmospheric Sciences. 20(2), 165-172, 2003. – Liang Xu, Xie Zhenghui, Important factors in land-atmosphere interactions: surface runoff generactions and interactions between surface and groundwater, Global Planetary Change, 38,101114,2003. – Tian Xiangjun, Xie Zhenghui, Zhang Shengle, Liang Miaoling, A subsurface ruoff parameterization with water storage and recharge based on the Boussinesq-Storage Equation for a Land Surface Model, Science in China (Series D), 2006.
及其耦合、模拟研究； • 基于全国50 kmX50 km大尺度陆面水文模型； • 陆面模型的参数标定、移植与模拟； • 讨论
陆面过程中地下水位的动态表示及其与气候模式的耦合.
– Xie Zhenghui, Zeng Qingcun, Dai Yongjiu, and Wang Bin, Numerical simulation of an unsaturated flow equation, Sciences in China(Series D), 4(14),429-436, 1998. – Xie Zhenghui, Zeng Qingcun, Dai Yongjiu, An unsaturated soil flow problem and its numerical simulation, Advances in Atmospheric Sciences, 16(2), 183198,1999 – Xie Zhenghui, Liang Xu, Zeng qingcun, A parameterization of groundwater table in a land surfacee model and its applications, Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 28(4),331-342, 2004. – Liang Xu, Xie Zhenghui, A new parameterization for surface and groundwater interac -tions and its impact on water budgets with the variable infiltration capacity(VIC) land surface model, Journal of Geophysics Research,108(D16), 8613,doi:10.1029/2002-JD003090, 2003. – Yang Hongwei, Xie Zhenghui, A new method to dynamically simulate groundwater table in land surface model VIC, Progress in Natural Progress,13(11), 819-825, 2003. – Yeh et al 2005 JC. – Maxwell et al 2005, JHM. – Xie Zhenghui, Xiangjun Tian, Hongwei Yang, A land surface parameterization scheme with a groundwater model for climate models and its applications,2006. – Tian xiangjun, Xie Zhenghui, Coupling a Groundwater Component to the NCAR Community Atmosphere Model,2006.
Variable Infiltration Curve Infiltration Capacity im
i0+P i
0
i=im[1-(1-A)1/b] R
W
W0
Baseflow Curve Baseflow,B
基于全国50 kmX50 km网格 大尺度陆面水文模型
基于全国50 kmX50 km网格 大尺度陆面水文模型
陆 面 过 程 模 式 （ ）
水分收支过程
VIC
能量收支过程
Grid Cell Energy and Moisture Fluxes
Grid Cell Vegetation Coverage
贵阳论坛www.gywoo.com
相关研究小组人员
• • • • 田向军, 梁妙玲, 张生雷, 袁 飞, 师春香 郑 婧, 宋丽叶 袁 星, 陈 锋 苏凤阁,杨宏伟(USA)
陆面过程
陆面过程是能够 影响气候变化的 发生在陆地表面 的土壤中控制陆 地与大气之间动 量、热量及水分 交换的那些过程；
提 纲
陆面水文生态模拟
– Xie Zhenghui, Liu Qian, Su Fengge, An application of the VIC-3L land surface model with the new surface runoff model in simulating streamflow for the Yellow River basin, IAHS Publiction No.289, 241-248, 2004. – 谢正辉，刘谦，袁飞，杨宏伟，基于全国50km×50km网格的大尺 度陆面水文模型框架,水利学报，(5),76-82,2004. – Yuan Fei, Xie Zhenghui, Liu Qian, Yang Hongwei, Su Fengge,et al, An application of the VIC-3L land surface model and remote sensing data in simulating streamflow for the Hanjiang River Basin, Canadian Journal of Remote Sensing, 30(5), 680-690,2004. – Su Fengge, Xie Zhenghui, A model for assessing effects of climate change on runoff in China, Progress in Natural Progress, 13(9), 701707,2003. – 梁妙玲,谢正辉,我国气候对植被分布和净初级生产力影响的数值模 拟,气候与环境研究,已接受,2006. – Yuan Fei, Xie Zhenghui, Liu Qian, Xia Jun, Simulating Hydrologic Changes with ClimBaidu Nhomakorabeate Change Scenarios in the Haihe River Basin, Pedosphere, 15(5): 595-600, 2005.
土壤水模型
用一维Richard’s方程来描述土层间的传导和扩散过程:
K ( ) ( D( ) ) t z z z
Qb
z=-z3
各土层的控制方程为： 1
t
. z1 P R E K ( ) z1 D( )
z
z1
2 . z2 P R E K ( ) z2 D ( ) t z
0
i=im[1-(1-A)1/b] R
W
W0
P
R
0 As
1
Fraction of Area
Layer 1
Layer 2
ii
Qd
Baseflow,B
Qb
Dm
Baseflow Curve
Qd
Layer 3
Qb
Ds Dm
0
WsW3c
W3c
Layer 3 Soil Moisture,W3
水分收支过程
植被蒸散、裸土蒸发、土壤水传输、排 水和径流决定了陆面过程中的水分收支， 也是VIC中所考虑的主要水文过程。 蒸散发（evaporation and transpiration） 冠层截流（canopy interception） 土壤水模型（soil hydrological model） 径流和排水（runoff and drainage）
陆面过程研究前沿问题
• 水文过程研究需要深入； • 生态过程机制（C,N循环）需要发展，植被 动态演替； • 各种非均匀性问题； • 陆面模型的参数标定与移植； • 陆面数据同化问题，全球土壤湿度等陆面分 量的时空分布； • 与区域与全球气候模式的耦合； • 各种应用问题； • 雪盖、冻土和旱土、大面积水面作用的描述 简单，冻土、雪盖占陆面面积都远大于1/4， 沙漠区占1/4。
2
Three-Layer Variable Infiltration Capacity
1
P N
...1 N+1 (VIC-3L) Model
Rs
Infiltration Capacity
RL Ec L S RL Et Eb
Canopy
Variable Infiltration Curve im
i0+P i
z2
3 .( z3 z2 ) K ( ) z2 D( ) t z
z2
Qb
径流和排水
P z2 .( s 2 ), i0 p im 1 b R i0 P P z2 .( s 2 ) z2 . s .1 i , i0 P im m
ECCE Summer School for Advanced Study in Climate and Environment
2006年7月30-8月12,北京
陆面水文模型发展、参数标定与移植 及其模拟研究
谢正辉，及其研究小组
中国科学院大气物理研究所
http://web.lasg.ac.cn/staff/xie/xie.htm
蒸散发
E E p
陆 面 过 程 模 式 中 的 蒸 发
Ep s( Rn G) c p d a / ra s (1 rs / ra )
冠层湿部蒸发Ew（wet canopy evaporation） 冠层蒸腾Etr（dry canopy transpiration）
VIC
裸土蒸发Eg（bare soil surface evaporation）
冠层水量平衡
冠层持水量Mc的平衡方程可由下式表达： M c P E w Dc t
P-降水率； Ew -土壤湿部蒸发； Dc-大于叶片最大持水量而滴落到地面的部分。
R
E K1 K2
P D1 D2
z=0 z=-z1 z=-z2
地表地下陆面水文机制
– Liang Xu, Xie Zhenghui, 2001, A New Surface Runoff Parameterization with Subgrid -Scale Soil Heterogeneity for Land Surface Models, Advances in Water Resources, 24(9-10), 1173-1193, 2001. – Xie Zhenghui, Su Fengge, Liang Xu, Zeng Qingcun, et al,Applications of a surface runoff model with Horton and Dunne runoff for VIC, Advances in Atmospheric Sciences. 20(2), 165-172, 2003. – Liang Xu, Xie Zhenghui, Important factors in land-atmosphere interactions: surface runoff generactions and interactions between surface and groundwater, Global Planetary Change, 38,101114,2003. – Tian Xiangjun, Xie Zhenghui, Zhang Shengle, Liang Miaoling, A subsurface ruoff parameterization with water storage and recharge based on the Boussinesq-Storage Equation for a Land Surface Model, Science in China (Series D), 2006.