基于模块化建模方法的寒区水文过程模拟——在中国西北寒区的应用

中国西北高山、高原广泛分布着冻土和积雪,春季融雪和冻土融化是该地区重要的水文过程.基于模块化的寒区水文建模环境CRHM,根据流域水文过程特征和观测数据约束,选取描述不同寒区子水文过程的模块构建寒区水文模型,并基于长期观测的两个典型寒区小流域来验证模块化的寒区水文模型.在冰沟流域,主要模拟雪的积累/消融、雪的升华、融雪下渗和融雪径流过程.结果显示:冰沟流域积雪升华占降雪量(145.5cm)的48%,其中风吹雪引起的升华损失量(35cm)占积雪升华(69cm)的一半,风速和辐射引起的积雪升华是该地区积雪物质平衡的重要组成;构建的寒区水文模型可以再现春季积雪消融引起的径流过程.在左冒孔冻土流域,主要模拟冻土下渗过程、冻土坡面产流过程和土壤冻融对径流的影响.结果显示:构建的寒区水文模型可以捕捉到春季主要的冻土融化径流过程.两个流域的验证结果揭示:模块化的建模方法在搭建模型结构的时候减少了模型的不确定性,所以在未经率定的情况下,具有在无资料和资料缺少地区模拟寒区水文要素和水文过程的能力.

评估4种寒区陆面、水文过程模式及在青藏高原的应用前景

近年来,青藏高原冻土区气候环境呈现出逐年恶化的趋势,主要表现在永久冻土锐减,冻土活动层逐渐增厚,地表植被情况退化严重等,这一地区的气候环境、水环境和生态环境等越来越受到各国研究者的关注和重视。陆面过程模式的作用已得到许多学者的认可,如何构建更有效的针对寒区的陆面过程模式成为寒区研究的重点、热点之一。本文分别选取美国、西欧和加拿大(两个)4个寒区陆面过程模式(依次为SHAW、COUPMODEL、EASS、CRHM),对4个模式的原理和物理机制进行了说明和对比;同时,简要介绍了4个模型在寒区研究过程中已取得的进展,部分模式已经成功应用于青藏高原冻土区并取得了相当好的模拟效果。对比分析4种模式,指出了4种现存模式的优缺点和相应的改进方案,证明4种模式可以在青藏高原冻土区单独使用,并指出几种模式耦合可能成为未来解决青藏高原冻土区甚至全球冻土区陆面过程问题的重要途径。