Chapter 3 建模参数详解

提交任务时,你需要填写一组建模参数。这些参数控制着网格精细程度、气象驱动来源、模拟时间范围等关键设置,直接影响模型的精度和处理时间。本章详细解释每个参数的含义及推荐取值。


3.1 网格参数

网格参数决定了流域被划分为多少个计算单元,以及每个单元的大小上限。

3.1.1 空间尺度的基础量

以下几个基础量贯穿整个网格生成过程:

符号 含义 单位
\(A\) 流域边界总面积(系统在等面积投影下自动计算)
\(N\) 你设置的最小单元数
\(a_{\max}\) 你设置的最大单元面积 km²
\(D\) 你设置的含水层厚度 m

3.1.2 最小单元数

含义:流域被划分的目标网格单元数下限。单元数越多,空间精度越高,计算量越大。

如果你没有明确指定最大单元面积,系统会根据最小单元数自动估算每个单元的平均面积:

\[ a_{\max} = \frac{A}{N} \times 10^{-6} \]

其中 \(A/N\) 的单位是 m²,乘以 \(10^{-6}\) 后得到 km²。

推荐范围

流域面积 建议最小单元数 预期平均分辨率
< 50 km² 200–500 100–250 m
50–500 km² 500–2000 160–320 m
> 500 km² 1000–5000 依面积而定

注意:最小单元数上限为 100,000,超过该值系统自动截断。单元数过多会显著增加处理时间(超过数小时)。

3.1.3 最大单元面积

含义:单个网格单元允许的面积上限(km²)。设置此参数后,系统会保证所有单元面积不超过该值,与最小单元数共同约束网格密度。

系统内部将最大单元面积折算为一个等效圆半径 \(r\),用于控制边界和河网的几何简化尺度:

\[ r = \sqrt{\frac{a_{\max} \times 10^6}{\pi}} \quad (\text{单位:m}) \]

可以理解为:一个面积等于 \(a_{\max}\) km² 的圆形单元,其半径约为 \(r\) 米;这个半径决定了边界和河道线段的最小可见尺度。

推荐值:默认为 1.0 km²,适合 100–1000 km² 量级的流域。小流域可适当减小(如 0.1),大流域可适当增大(如 5.0)。

3.1 展示了某典型流域(约 16 km²,max_cell_area = 0.025 km²)生成的三角网格面积与等效分辨率分布:

三角形单元面积分布(上)与等效分辨率分布(下)。大多数单元的等效分辨率落在 140–170 m 之间,说明网格比较均匀。

Figure 3.1: 三角形单元面积分布(上)与等效分辨率分布(下)。大多数单元的等效分辨率落在 140–170 m 之间,说明网格比较均匀。


3.2 时间参数

3.2.1 起始年份与结束年份

含义:模拟的时间范围,从起始年份的 1 月 1 日到结束年份的 12 月 31 日。

系统计算总模拟天数时自动处理闰年,例如 2000–2024 年共包含 6 个闰年。

约束条件

  • 时间跨度不超过 30 年
  • 所选气象驱动数据必须覆盖所填年份范围(例如,CMFD 数据仅到 2018 年,选用 CMFD 时结束年份不能超过 2018)

3.3 含水层参数

3.3.1 含水层厚度

含义:模型中地下饱和含水层的厚度(m)。该参数影响地下水储量的模拟上限。

SHUD 模型将含水层视为均质储水体,含水层厚度越大,可容纳的地下水储量越多,地下水对径流的调节作用越显著。

推荐值

地形/地质类型 建议取值(m)
山区或岩石裸露流域 5–10
丘陵平原过渡区 10–30
冲积平原或深层地下水区 30–100

默认值为 10 m,适合大多数山地和丘陵流域。

含水层厚度不代表实际测量的地质含水层深度,而是模型的等效参数。如无先验知识,使用默认值即可;后续可在本地运行模型时进行参数率定。


3.4 其他参数

3.4.1 高程数据(DEM 来源)

控制高程数据的来源,影响水系提取和地形分析的精度。详见第 2.3.1 节。

3.4.2 气象驱动(Forcing)

选择驱动模型的大气再分析数据集,影响气象输入数据的精度、覆盖范围和可用年份。详见第 2.3.2 节。

3.4.3 土壤数据与土地利用

控制土壤水力属性和植被参数的来源,目前平台统一使用 HWSD(土壤)和 MODIS(土地利用),详见第 2.3.3 节和第 2.3.4 节。


3.5 参数选择速查

我想要… 建议操作
更精细的网格,更高空间精度 增大最小单元数,减小最大单元面积
更快完成处理 减小最小单元数,增大最大单元面积
模拟中国区域 1979–2018 年 气象驱动选 CMFD
模拟北美流域 气象驱动选 NLDAS
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