水文模型和陆面过程模型研究进展

发展了一个新的内陆河流域山区分布式水热耦合模型（DWHC），模型基于土壤水热连续性方程将流域产流、入渗和蒸散发过程融合起来，在植被截留、入渗、产流和蒸散发计算方面也有所改进和创新，部分模块具有多个可选择方案。模型设计了与中尺度大气模式MM5的嵌套接口，也可以用地面气象资料驱动。模型在1 km 1 km网格基础上，以日为时间步长，将流域土壤分为18类，土壤剖面分为3～5层不等，流域植被概化为9类。模型只需要土壤初始含水量、初始地温和常规气象资料以及土壤和植被物理参数，就能够连续演算各层土壤的温度、液态含水量、固态含水量、土壤热传导、潜热变化、水势梯度、导水率以及水分入渗和毛细上升量等水文循环要素。

自主改进和开发了内陆河山区流域HBV响应模型、内陆河山区流域概念性分布式水文模型和山前地带分布式水量平衡水文模型。将国内外先进的分布式水文模型，包括SWAT、TOPModel、新安江模型和VIC引入到黑河流域山区水文模拟，并对这些模型的输入输出界面乃至于物理过程做了必要的改动，模拟均取得了理想的效果。

利用SHAW模型模拟了黑河流域不同景观带的水热平衡特征。对SHAW模型在蒸发、降水截留、土壤下渗方面进行了改进与调整。结果表明利用Penman-Monteith或Shuttle-Wallace计算蒸散发精度比SHAW模型原来的参数化方案高，从而在很大程度上改进了土壤含水量预测偏低的结果。另外，尝试利用大孔隙优先流下渗方案，但下渗水的再分布没有明显的改进，仍需对其进行深入分析。对Shuttleworth-Wallace蒸散双源模型中主要参数进行了部分参数化，并将其应用于黑河中游人工绿洲灌溉农田SVAT系统蒸散过程的估算，得出农田蒸散的一系列特征及其主要控制因子。利用SVAT水热传输模型WEF-SPAC模型，对黑河中游人工绿洲灌溉农田春小麦生长季田间SVAT系统水热传输过程进行了模拟，结果表明，WEF-SPAC模型较好地捕捉到人工绿洲灌溉农田土壤含水量和土壤温度动态变化趋势，能够较为准确地模拟作物种植条件下SVAT系统水热传输耦合过程。基于土壤水动力学原理的Richards方程，建立了人工绿洲灌溉农田水分运移模型，该模型能较好反应该地区土壤水分运移与作物生长动态之间的相互作用与反馈效应，从而可提高土壤水分运移模拟的可靠性和适用性，增强处理西北干旱区内陆河流域作物生长条件下田间土壤水分平衡问题的能力。

发展了由NCEP再分析资料内插的降尺度局地气候统计模式，用于黑河流域的复杂下垫面条件下高分辨率驱动数据的制备。结果表明，直接插值所得的细网格值只能用于相对平坦地区的温、湿状况的描述，而对较高山区的复杂下垫面，应用观测资料的客观分析方法则可以更好地反映近地层大气要素场的变化。建立了一个任意地形和实际天气条件下计算大范围、长时间、高时空分辨率的太阳入射短波辐射模型，采用简化的辐射传输参数化方案和NCEP/NCAR资料相结合的方法，成功应用于黑河流域2002年度每小时、1 km×1 km 分辨率的总辐射、直接辐射和散射辐射的计算。

图 1 山区水文建模的总体思路

图 2 内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型结构