一种用于水库蓄水气候效应评估的中尺度数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水库蓄水气候效应评估的中尺度数值模拟方法，尤其适用于大型水库的蓄水气候效应评估，该方法主要包括拟评估水库及其周边多源数据收集及预处理；通过拓宽水体面积对水库蓄水淹没区的土地利用类型变化进行数值参数化；通过抬升水体高度对水库蓄水水位变化进行数值参数化；基于温湿气候特征的典型年景挑选；库区典型代表年景的数值模拟试验；数值模拟能力检验及水库气候效应评估。本发明专利技术通过扩宽水体面积和抬升水位高度刻画的水库蓄水相关的陆面参数变化及典型年景敏感性数值试验，改善了大型水库蓄水气候影响的客观定量评价问题，且数值模拟过程中通过格点同化、循环重叠积分等技术改善长时间积分中的误差累积增长问题。误差累积增长问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水库蓄水气候效应评估的中尺度数值模拟方法


[0001]本专利技术属于气象数据分析与处理
，涉及一种用于水库蓄水气候效应定量评估的数值模拟方法，尤其涉及一种通过扩宽水体面积和抬升水位高度刻画的水库蓄水相关的陆面参数变化及典型年景敏感性数值试验而建立的水库蓄水气候效应数值模拟方法，特别适用于大型水库的蓄水气候效应评估。

技术介绍

[0002]大型水库蓄水气候效应的科学评估是水库增效基础上保持环境友好的关键。受限于水库周边实测资料的时空代表性问题，数值模拟方法成为水库蓄水气候影响研究的主要手段。
[0003]尽管已有的水库气候效应数值模拟研究中使用的数值模式工具从边界层模式、静力平衡区域气候模式，逐渐升级为先进的非静力平衡中尺度天气预报模式，但现有模拟方法仍存在以下不足：(1)主要通过修改地表覆盖类型的方式对水库进行简约粗放的参数化，未合理考虑水库水位变化的影响；(2)将无水体覆盖的情景设置为参考试验，这与水库所在位置处原有自然水体的实际情景存在差异；(3)模拟方案中大多采用连续积分方式，长时间模拟情景下易产生气候漂移；(4)模拟积分时段较短，大多是代表日或某个例天气过程，气候特征的代表性有限，难以合理反映大型水库蓄水阶段的气候响应特征。

技术实现思路

[0004](一)本专利技术所要解决的技术问题
[0005]针对现有水库气候效应数值模拟方法中所存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种用于水库蓄水气候效应评估的中尺度数值模拟方法，尤其适用于大型水库的蓄水气候效应评估，该方法主要包括拟评估水库及其周边多源数据收集及预处理；通过拓宽水体面积对水库蓄水淹没区的土地利用类型变化进行数值参数化；通过抬升水体高度对水库蓄水水位变化进行数值参数化；基于温湿气候特征的典型年景挑选；库区典型代表年景的数值模拟试验；数值模拟能力检验及水库气候效应评估。本专利技术通过扩宽水体面积和抬升水位高度刻画的水库蓄水相关的陆面参数变化及典型年景敏感性数值试验而建立的水库蓄水气候效应数值模拟方法，改善了水库蓄水气候影响的客观定量评价问题，因而尤其适用于大型水库的蓄水气候效应评估；同时，数值模拟过程中通过格点同化、循环重叠积分等方式改善了长时间积分中的误差累积增长问题。本专利技术提供的模拟方法具有较强的普适性，采用该数值模拟方法，既可以对已建水库蓄水的气候效应进行后评价，也可以对拟建水库的气候效应开展预评价。
[0006](二)本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0007]一种用于水库蓄水气候效应评估的中尺度数值模拟方法，所述数值模拟方法基于水库蓄水气候影响的客观定量评价而开展，其特征在于，所述数值模拟方法至少包括如下步骤：
[0008]SS1.拟评估水库及其周边多源数据的收集及预处理：
[0009]首先，收集拟评估水库及其周边的多源数据，所述多源数据至少包括：拟评估水库蓄水后的淹没区位置和面积数据、不同季节水库的水位高度数据、水库周边长序列气象观测数据、中尺度数值模式的驱动数据；
[0010]其次，针对所收集的水库周边长序列气象观测数据进行预处理，剔除其中的僵值(连续多个时次的观测值相同)和虚假值，实现对气象观测数据的质量控制；
[0011]SS2.通过拓宽水体面积对水库蓄水淹没区的土地利用类型变化进行数值参数化处理：
[0012]利用水库蓄水后的淹没区面积和位置数据，结合水库蓄水前的土地利用类型数据，采用GIS(地理信息系统)空间分析技术，将水库蓄水后淹没区的土地利用类型描述为水体类型；
[0013]SS3.通过抬升水体高度对水库蓄水水位变化进行数值参数化处理：
[0014]采用差异对比法，分别计算水库蓄水后高(冬季)、低水位(夏季)与水库蓄水前的静态地形高度差，在数值试验中，根据不同季节动态抬升水库位置处的地形高度，对水库蓄水阶段的水位变化进行数值参数化处理；
[0015]SS4.基于温湿气候特征的典型年景挑选：
[0016]基于步骤SS1预处理后的水库周边长序列气象观测数据，通过平均气温和降水量的历年变化，挑选高温干旱年和低温洪涝年，作为库区两种典型代表年景；
[0017]SS5.库区典型代表年景的数值模拟试验：
[0018]利用步骤SS1收集的数值模式驱动数据，基于步骤SS2对水库蓄水淹没区土地利用类型变化进行的数值参数化处理以及步骤SS3对水库蓄水水位变化进行的数值参数化处理，在步骤SS4挑选的库区典型代表年景下，分别开展水库蓄水后和蓄水前情景下的敏感性数值模拟试验，获得蓄水前后两组数值模拟结果；
[0019]SS6.数值模拟能力检验及水库气候效应评估：
[0020]利用步骤SS1预处理后的水库周边长序列气象观测数据对步骤SS5得到的数值模拟结果进行相关性及偏差检验；对比计算蓄水前后两组数值模拟试验中关键气象变量的时空差异，实现对水库蓄水气候效应的定量评价。
[0021]优选地，所述步骤SS1中，所述水库周边长序列气象观测数据，至少包括：气温、相对湿度、风速和降水量；所述中尺度数值模式的驱动数据，至少包括：拟评估水库及其周边区域的静态地形数据及多要素多层次的土壤
‑
大气数据；针对所收集的水库周边长序列气象观测数据，通过气候阈值及时空一致性检查的方式，剔除原始气象观测数据中的僵值和虚假值。
[0022]优选地，所述步骤SS2中，利用水库蓄水后的淹没区边界的shp矢量数据，采用GIS空间分析技术，识别并格点化淹没区的土地利用类型，将其从默认类型调整为内陆水体类型；同时，对应调整水体格点处的优势类型占比系数，将水体系数设置为100％，其余土地利用类型的占比系数均设置为0.0，实现水库蓄水引起的下垫面特征变化的数值描述。
[0023]优选地，所述步骤SS3中，以水库位置处的原地形高度为基准，采用差异对比法，分别计算水库蓄水后高水位(冬季)、低水位(夏季)相对于该基准地形高度的差值，记录为Δh1和Δh2；根据数值模拟的季节特征，对水库位置处输入的地形高度数据进行动态调整，实
现对水库蓄水阶段水位变化的数值描述。
[0024]优选地，所述步骤SS4中，利用步骤SS1预处理后的长序列气象观测数据，综合分析水库区域平均气温和降水量的历年变化，挑选出典型的高温干旱年和低温洪涝年，即平均气温偏高且降水偏少年和平均气温偏低且降水偏多年，作为库区两种极端气候特征的代表年景。
[0025]优选地，所述步骤SS5中，在中尺度气象数值模式中引入步骤SS2数值参数化处理后的水库蓄水淹没区土地利用类型变化以及步骤SS3数值参数化处理后的水库蓄水水位变化，利用步骤SS1收集的数值模式驱动数据，在步骤SS4所选库区典型代表年景下，分别开展水库蓄水后和蓄水前情景下的模拟积分。
[0026]进一步地，所述步骤SS5中，为改进模式长时间积分过程中的不完善及误差在计算中的累积增长，数值模拟积分过程中，采用牛顿松弛逼近的格点同化方法对背景资料进行同化；每10天冷启动一次数值模式，每次连续积分11天本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水库蓄水气候效应评估的中尺度数值模拟方法，其特征在于，所述数值模拟方法至少包括如下步骤：SS1.拟评估水库及其周边多源数据的收集及预处理：首先，收集拟评估水库及其周边的多源数据，所述多源数据至少包括：拟评估水库蓄水后的淹没区位置和面积数据、不同季节水库的水位高度数据、水库周边长序列气象观测数据、中尺度数值模式的驱动数据；其次，针对所收集的水库周边长序列气象观测数据进行预处理，剔除其中的僵值和虚假值，实现对气象观测数据的质量控制；SS2.通过拓宽水体面积对水库蓄水淹没区的土地利用类型变化进行数值参数化处理：利用水库蓄水后的淹没区面积和位置数据，结合水库蓄水前的土地利用类型数据，采用GIS空间分析技术，将水库蓄水后淹没区的土地利用类型描述为水体类型；SS3.通过抬升水体高度对水库蓄水水位变化进行数值参数化处理：采用差异对比法，分别计算水库蓄水后高、低水位与水库蓄水前的静态地形高度差，在数值试验中，根据不同季节动态抬升水库位置处的地形高度，对水库蓄水阶段的水位变化进行数值参数化处理；SS4.基于温湿气候特征的典型年景挑选：基于步骤SS1预处理后的水库周边长序列气象观测数据，通过平均气温和降水量的历年变化，挑选高温干旱年和低温洪涝年，作为库区两种典型代表年景；SS5.库区典型代表年景的数值模拟试验：利用步骤SS1收集的数值模式驱动数据，基于步骤SS2对水库蓄水淹没区土地利用类型变化进行的数值参数化处理以及步骤SS3对水库蓄水水位变化进行的数值参数化处理，在步骤SS4挑选的库区典型代表年景下，分别开展水库蓄水后和蓄水前情景下的敏感性数值模拟试验，获得蓄水前后两组数值模拟结果；SS6.数值模拟能力检验及水库气候效应评估：利用步骤SS1预处理后的水库周边长序列气象观测数据对步骤SS5得到的数值模拟结果进行相关性及偏差检验；对比计算蓄水前后两组数值模拟试验中关键气象变量的时空差异，实现对水库蓄水气候效应的定量评价。2.根据权利要求1所述的用于水库蓄水气候效应评估的中尺度数值模拟方法，其特征在于，所述步骤SS1中，所述水库周边长序列气象观测数据，至少包括：气温、相对湿度、风速和降水量；所述中尺度数值模式的驱动数据，至少包括：拟评估水库及其周边区域的静态地形数据及多要素多层次的土壤
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大气数据；针对所收集的水库周边长序列气象观测数据，通过气候阈值及时空一致性检查的方式，剔除原始气象观测数据中的僵值和虚假值。3.根据权利要求1所述的用于水库蓄水气候效应评估...

【专利技术属性】
技术研发人员：常蕊，陈鲜艳，艾泽，肖潺，张强，李威，
申请(专利权)人：国家气候中心，
类型：发明
国别省市：