[发明专利]基于中尺度数值大气模式与高分辨率历史降雨反演方法

说明书

本发明涉及一种基于中尺度数值大气模式与雨量站的高分辨率历史降雨反演方法，包括：确定降雨数据分辨率，中尺度数值大气模式降雨输出，划分控制单元，修正系数计算和降雨数据修正。通过本发明的修正方案，一方面保留了中尺度数值大气模式的降雨输出数据在空间上具有的分辨率信息，反映出降雨的空间分布规律。另一方面，以泰森多边形法划分各雨量站的控制面积，位于某雨量站控制范围内的网格隶属于该雨量站，其模拟的网格降雨由该雨量站的实测降雨信息进行修正。从降雨初时刻开始，各时刻面雨量以雨量站实测资料为准，通过中尺度数值大气模式输出降雨空间比例分配至不同大小的网格中，可保证各控制面上的面雨量等于实测雨量。

技术领域

本发明涉及一种空间降雨数据的生成方法，尤其是涉及一种基于中尺度数值大气模式与雨量站的高分辨率历史降雨反演方法。

背景技术

降雨数据是驱动水文模拟的最关键因素，准确的降雨信息是获得良好水文模拟结果的前提。实际发生的降雨都是具有一定空间分辨率信息的，这种空间分辨率信息不仅影响了洪峰流量、峰现时间和径流总量、也影响了模型参数估计的不确定性。若从雨量站获得降雨信息，在模拟过程中需要生成泰森多边形，每一个多边形内的降雨数据用该多边形内的雨量站数据表示。这样的处理方法在一定程度上损失了实际降雨的空间分布信息；若通过大气数值模式生成降雨数据，这种方法虽然可以满足一定的空间分辨率要求，但由于大气数值模式在求解过程中误差的累积效应，导致生成的降雨数据在降雨总量上和实际的降雨存在一定的差异。

中尺度数值大气模式是描述不同类型的中尺度大气运动而建立的方程组，模式网格尺度一般是几公里到几十公里。得益于计算机和观测技术的发展，中尺度数值大气模式在上世纪90年代进入了快速发展的阶段，目前常用的中尺度数值大气主要有WRF、Eta、RWM、UKMO等。模式支持高精度的网格分辨率，最高可生成1km×1km的网格数据。中尺度数据大气模式通过数学物理方法反映大气运动的物理机制，通过物理参数化方案苗虎区域的大气特征。但由于驱动数据和计算累计误差的原因，虽然中尺度数值大气模式模拟得到的降雨量具有一定的空间分布信息，但该降雨信息和实际发生的降雨过程存在一定的差异，如何充分利用中尺度数值大气模式生成降雨数据的空间信息，同时改善在降雨总量上和实际降雨的差异，得到高分辨率降雨数据，是进行水文模拟的关键问题，同时高分辨率降雨信息也是陆气耦合研究中误差归因分析的必要条件。

发明内容

本发明设计了一种基于中尺度数值大气模式与高分辨率历史降雨反演方法，其解决的技术问题是现有中尺度数值大气模式由于驱动数据和计算累计误差的原因，虽然中尺度数值大气模式模拟得到的降雨量具有一定的空间分布信息，但该降雨信息和实际发生的降雨过程存在一定的差异。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种基于中尺度数值大气模式与雨量站的高分辨率历史降雨反演方法，包括：确定降雨数据分辨率，中尺度数值大气模式降雨输出，划分控制单元，修正系数计算和降雨数据修正。

具体来说：一种基于中尺度数值大气模式与雨量站的高分辨率历史降雨反演方法，即一种空间降雨数据的生成方法，包括以下步骤：

步骤1：确定研究区范围、需要研究的降雨场次和拟得到降雨数据的分辨率，搜集研究区内雨量站的坐标信息和需要研究的降雨场次实测降雨信息；

步骤2：设置中尺度数值大气模式的基本参数，其中最内层网格的尺寸和拟得到降雨数据的分辨率一致，驱动中尺度数值大气模式，得到输出的降雨数据；

步骤3：根据研究区内的雨量站位置，运用地理信息软件(GIS)划分泰森多边形，包含某一个雨量站的泰森多边形称为这个雨量站的控制单元；

步骤4：将中尺度数值大气模式输出的降雨数据划分至不同的控制单元，对研究范围内所有的网格降雨数据进行控制单元的划分；