基于Noah-MP模型多参数化方案的积雪过程集合模拟与同化研究
批准号:
42101361
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
尤元红
依托单位:
学科分类:
遥感科学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
尤元红
中文摘要
积雪能够对全球变化做出迅速响应,是研究气候变化的重要变量。如何有效利用现有积雪模型和观测资料对积雪的时空分布进行合理的估计是当前研究的热点内容。为了进一步提高雪深集合模拟的精度,本项目拟以北疆地区多源数据(站点雪深、中国积雪反照率数据、AMSR-2亮度温度)为基础,开展雪深多参数化方案集合模拟与同化研究。首先,利用Noah-MP模型在区域尺度上开展雪深多参数化方案集合模拟,量化雪深模拟结果对参数化方案的敏感性;其次,利用贝叶斯模型平均方法实现多种组合方案的雪深预报,减少模型结构的不确定性。最后,利用数据同化技术提升模型的雪深模拟性能,构建联合多参数化方案集合模拟与多观测资料的积雪数据同化系统,获得准确的雪深预报结果。本项研究可为雪深模拟提供新的思路,为开展融雪径流模拟、积雪水资源利用研究奠定基础。
英文摘要
Snow can respond to global changes rapidly and is an important variable in the study of climate change. How to effectively use the existing snow model and observational data to estimate the temporal and spatial distribution of snow is a hot topic in current research. In order to improve the accuracy of ensemble simulated snow depth, this proposed research will carry out snow depth multi-parameterization ensemble simulation and data assimilation based on multi-source data in northern Xinjiang (snow depth in-situ, China snow albedo data product, AMSR brightness temperature). First, the Noah-MP model will be used to carry out snow depth multi-parameterization ensemble simulation on regional scale to quantify the sensitivity of simulated snow depth to parameterizations; secondly, the Bayesian model averaging method will be used to achieve snow depth prediction of multiple combination schemes, and the uncertainty of model structure will be reduced in this way. Finally, data assimilation technology will be used to improve the snow depth simulation performance of the model, and a snow data assimilation system will be configured by combining multi-parameterization ensemble simulation and multiple observation data to obtain accuracy snow depth prediction. The expected research can provide a new idea for snow depth simulation and will lay foundation for carrying out snowmelt runoff simulation and snow water utilization research.
积雪能够对全球变化做出迅速响应,在全球持续变暖的大背景下,准确地模拟雪深和掌握积雪的时空分布特征及其内在属性,是理解积雪对气候变化响应的关键所在。为兼顾解决由模型结构和初值不确定性引起的误差,提高雪深模拟精度,本项目以北疆地区多源数据为基础,开展雪深多参数化方案集合模拟与同化研究。首先,利用中国区域高分辨率气象驱动数据集驱动Noah-MP模型,在区域尺度上开展雪深多参数化方案集合模拟试验,选取Sobol全局敏感性指数作为参数化方案敏感性的量化指标,在像元尺度上计算了雪深模拟结果对参数化方案的敏感值,评估了北疆不同区域雪深模拟结果对参数化方案的敏感程度和空间差异。其次,根据参数化方案敏感性的量化结果,从物理机制上分析了雪深模拟结果对特定参数化方案敏感的原因,在像元尺度上进一步量化了雪深模拟结果的不确定性,并分析了雪深多参数化方案集合模拟结果不确定性的空间差异,同时利用贝叶斯模型平均方法对多种组合方案的雪深模拟结果进行融合,减少模型结构的不确定性。最后,利用数据同化技术提升了单一组合方案的雪深模拟精度,选用贝叶斯模型平均方法对多种组合方案的雪深同化结果进行融合,构建了集成多参数化方案和多种观测资料的积雪数据同化框架,输出了一套北疆地区长时间序列的雪深数据同化产品,这套数据可为理解和认识典型积雪区的积雪时空分布规律和分布特征、理解积雪对气候变化的响应特征、北疆地区融雪径流估算和水资源可持续利用提供数据支撑,项目的研究成果具有重要的理论价值与实践意义。
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