[发明专利]一种陆面水文耦合模型

说明书

本发明公开了一种陆面水文耦合模型，包括粗网格陆面模式和细网格分布式水文模型两部分；粗网格陆面模式和细网格分布式水文模型两部分采用基于土壤含水量的尺度转换方法进行模式耦合；所述粗网格陆面模式包括陆面植被模块、土壤模块以及积雪模块；所述细网格分布式水文模型包括：地表水模块、土壤水模块、地下水模块和河流/湖泊—地下水相互作用模块。本发明方法充分考虑了水文细网格空间非均匀性的影响，动态考虑细网格土壤含水量的时空变化，实现了陆面模式和水文模型空间升尺度和降尺度的转换，可用于大气－水文耦合研究与应用、变化环境下水文水资源机理响应研究、地表和地下水相互作用、人类活动影响等诸多前沿研究领域。

技术领域

本发明涉及一种陆面水文耦合模型系统LSX-HMS，特别是适用于研究大尺度区域的耦合模型，属于水文模型技术领域。

背景技术

世界气候研究计划(WCRP)下的全球能量与水循环试验(GEWEX)、国际地圈生物圈计划(IGBP)的核心项目“水文循环的生物学方面(BAHC)”等国际大型研究计划，都强调研究大气水文耦合模式，订正模式误差，提高预测技巧和发展集合预报方法，开展逐日-季-年时间尺度的连续天气、气候和水文水资源预测。这些计划强调在进行大气水文预测的基础上，开展区域或流域水资源影响评价研究，评估气候变化对水文水资源及经济、生态、环境的影响。然而由于大气模式和水文模型各自相对独立的发展过程和服务部门，使得单独一种模式无法理想实现整个大气过程及水循环过程的现实描述，有必要发挥模式各自优势，进行陆面－水文模型耦合，拓宽大气水文研究领域。

不论是大气环流模式、区域气候模式，还是数值天气预报模式(NWP)，采用的陆面过程模拟主要通过近地表的大气强迫，给出陆面能量收支和水量平衡的现实描述，有效地估计陆气之间的能量水分通量。陆面模式虽然考虑陆面水文过程，但不能模拟完整的闭合水文循环和小尺度水文过程，大多存在以下局限性：

(1)径流是流域对降水的响应，没有反映地表径流、壤中流及地下径流形成的物理过程差异；

(2)下垫面次网格分布非均匀性对产流影响；

(3)未考虑土壤水分侧向运动及河流与地下水的相互作用等小尺度的水文物理过程，导致错误的土壤湿度场，进而又影响大气模式预报预测。

而当前水文模型重在陆面降雨径流模拟和水分收支的计算上，较少考虑地表与大气间的能量平衡过程。

加强陆面－水文耦合模型研究，并实现与大气模式的耦合，将有助于解决下述水文问题：

(1)从经验公式、集总模型发展到分布式水文模型，一个共同点是大部分研究均着眼于有资料流域，现在全球还存在诸多资料匮乏的流域，而且已具备资料的流域可能因为环境变化使得历史资料不可用而变为无资料流域；

(2)洪水干旱等极端事件造成了巨大社会损失，人们强烈需要一个水文气候预报预警系统以减小损失，高分辨率的大气水文耦合模式将是该系统的组成部分；

(3)模拟大尺度流域的水文气候过程，认识流域尺度水文循环，进行流域水资源综合评价和水资源管理；

(4)水文模型模拟的径流和土壤湿度时空分布为海洋模式和大气模式提供高精度的源汇项和边值条件，有利于改进其预报方法和提高预报精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种陆面－水文耦合模型，能解决陆面模式和分布式水文模型存在的网格尺度差异，采用基于土壤含水量的方法实现不同网格尺度间的转换，实现陆面和水文模型的耦合，比单独的陆面模型或者单独的水文模型计算更加准确。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种陆面水文耦合模型，其特征在于，包括：粗网格陆面模式和细网格分布式水文模型两部分；粗网格陆面模式和细网格分布式水文模型两部分采用基于土壤含水量的尺度转换方法进行模式耦合。