气象水文耦合模式WRF-Hydro建模技术应用

WRF-Hydro模型是一个分布式水文模型‌它基于WRF‌陆面过程部分独立发展而来‌旨在模拟大气和水文相互作用及过程。该模型采用FORTRAN90开发‌具有良好的扩展性和支持大规模并行计算的与传统水文模型相比WRF-Hydro模型具有以下显著优势1更高的空间分辨率能够更精细地刻画地形、土地利用等地理要素的变化从而更准确地模拟水文过程在小尺度上的变化。2物理过程描述更全面整合了更多复杂的物理过程如植被与水文过程的相互作用、地下水与地表水的交换等使模拟结果更接近真实情况。3与气象模型耦合可以直接与中尺度气象模型耦合充分利用气象数据提高对降水等输入变量的模拟精度。4分布式模拟能够反映不同区域的特性差异而不是采用传统模型中对整个研究区域的平均化处理提高了模拟的针对性和准确性。5动态性和适应性强可以更好地应对气候和环境变化等动态因素对极端事件如暴雨、干旱的模拟和预测能力相对更强。6数据同化能力便于融合多源观测数据不断优化和校正模型参数进一步提高模拟结果的可靠性。WRF-Hydro模型适用于以下多个领域和场景1洪水预报与风险管理可用于预测洪水为制定防洪减灾策略提供依据。2水资源管理与规划有助于评估不同水资源开发利用方案下的水资源量变化为水资源的合理分配和调度提供支持。3生态水文研究研究生态系统与水文过程的相互作用例如评估湿地、森林等生态系统的水文功能。4气候变化影响评估分析气候变化对降水、蒸散发和径流等水文要素的影响为适应气候变化的决策提供信息。5流域综合管理全面了解流域内的水文过程以制定可持续的流域管理策略保护水资源和生态环境。6水电工程规划与运行预测来水情况优化水电工程的规划、调度和运行。第一部分、WRF-Hydro模型功能及运行流程、依赖库准备【讲解实操】1、WRF-Hydro模型、主要模块及应用领域介绍主要介绍该模型开发背景主要模块功能以及运行的流程等2、WRF-Hydro模型运行平台及所需要外部链接库介绍主要讲解运行该模型需要的编译器环境、外部链接库等3、虚拟机系统安装使用vmware workstation 17 Pro 软件在windows10系统中可以安装Linux系统方便运行模型4、在vmware软件支持下安装Rocky Linux系统准备好模型基础平台5、安装Intel编译器以及NetCDF链接库主要为编译离线和在线WRFhydro模型提供支持6、创建Python/NCL环境为资料处理、后处理等提供支持第二部分、WRF-Hydro模式编译、离线运行及案例实践【讲解实操】1、模型源代码主要讲解模型的源代码结构以及如何使用编译器和外部函数库将模型源代码编译为可执行程序2、编译源代码主要讲解模型编译选项、编译过程、错误处理等3、初步运行使用示例区域文件讲解模型运行所需要的主要部分等4、模型输入输出主要讲解模型使用的NetCDF文件格式及相关的处理软件如xarray等并使用ncview和Jupyterlab环境讲解如何可视化模型区域等5、案例1讲解使用示例文件模拟获取默认模式设置下的径流模拟结果并使用工具可视化6、案例2模式冷启动主要讲解模式冷启动和热启动的模式设置等涉及到模式平衡及预热等7、案例3替换降水资料模拟主要讲解使用更高质量降水资料驱动WRF-Hydro模式开展模拟等8、案例4Overland routing off模拟主要讲解关闭overland routing设置进行模拟以及overland routing的功能和作用9、案例5LSM过程参数修改模拟主要讲解修改NaohMP中主要参数包含一维和二维参数等修改和模拟等以及这些参数的主要功能和影响第三部分、结合多案例进行模式数据制备及实践应用【讲解实操】1、案例6参数修改模拟继续讲解修改模式参数以及基流方案等2、案例7湖泊模拟案例主要讲解利用模型模拟有无湖泊对径流模拟的影响等3、工具1WPS主要讲解创建LSM区域文件以及相关的DEM、土壤、植被等4、工具2 WRF-Hydro GIS工具主要讲解如何使用工具生成运行WRF-Hydro模型的Domain文件包括流域、地形、河网、湖泊等5、工具3气象驱动工具主要讲解如何使用NCL工具将主要的气象资料包括预报、模拟等资料转换为模型的驱动文件等第四部分、模式耦合编译及运行、总结【讲解实操】1、在线耦合编译主要讲解使用编译器和外部函数库编译双向耦合水文过程的WRF模型等2、案例8WPS之geogrid主要讲解如何使用geogrid设置区域大小、分辨率、嵌套区域等3、案例9WPS之ungrib主要讲解如何使用ungrib生成WRF的气象驱动场数据4、案例10WPS之metgrid主要讲解metgrid的功能和作用5、案例11耦合模拟案例运行耦合模拟案例讲解模式输出结果等