陈亚玲, 文军, 杨传国, 等. 2024. 不同降水产品及WRF-Hydro模式在黄河源区的适用性分析[J]. 大气科学, 48(3): 923−937. CHEN Yaling, WEN Jun, YANG Chuanguo, et al. 2024. Applicability of Different Precipitation Products and the WRF-Hydro Model over the Source Region of the Yellow River [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 48(3): 923−937.
DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2205.22057
黄河源区地处青藏高原腹地，受高原季风和东亚季风气候的双重影响，属于典型的高原亚寒带半干旱大陆季风性气候，降水分布极不均匀。区域降水是影响径流最主要的气象要素，其时空分布和变化直接决定了一个地区的干湿程度，准确的降水数据是获得可靠径流模拟的基本条件。
基于2009～2018年CMFD、CMORPH、TRMM和GLDAS数据，本研究评估了四类降水产品在黄河源区的精度，在此基础上，利用最优的降水产品驱动WRF-Hydro模式，采用逐步逼近法对模型敏感性参数进行率定，探究了WRF-Hydro模式在黄河源区径流模拟的适用性。主要结论如下：
（1）黄河源区降水分布具有显著的不均匀性，呈现出由东南向西北递减的趋势，CMFD相较于其他三类降水产品能够较好地捕捉到黄河源区降水的空间分布特征。
图 2009～2018年黄河源区降水量（a）年变化以及（b）年际变化，单位：mm。
（2）CMFD在黄河源区不同时间尺度上均具有较高的精度，年降水过程线与观测降水基本一致，月降水相关系数均在0.91以上，均方根误差和相对偏差仅为0.21 mm和−3.36%，日降水相关系数达到0.99，站点平均探测率在0.95以上，探测成功率为0.93。
图 2009～2018年黄河源区日降水（a）探测率（POD）、（b）误报率（FAR）和（c）探测成功率（CSI）分布的箱型图。
（3）WRF-Hydro模式参数率定结果表明：入渗系数（REFKDT）是黄河源区径流模拟最敏感的参数，其次是曼宁糙率（MannN）和地表糙率（OVROUGHRTFAC），深层有效产流系数（SLOPE）对黄河源区径流模拟不太敏感。
（4）WRF-Hydro模式能够较好地模拟黄河源区径流变化，率定期模拟月径流与实测径流的相关系数（CC）均在0.95以上，纳什系数（NSE）也在0.92以上。不同年份的丰枯会导致模拟结果出现较大差别，丰水年径流模拟结果明显好于枯水年。
图 2009～2018年黄河源区率定期及检验期模拟与实测逐月径流（单位：m3 s−1）及CMFD逐月降水量（单位：mm）随时间的变化。
本研究表明，WRF-Hydro模式能够适用于黄河源区的径流模拟，这对地形及气候条件复杂区域大尺度洪水模拟及预报提供了一定的参考依据。值得注意的是，该模型受输入数据质量影响较大，数据的误差在模式运行时不断传递，增加了模拟结果的不确定性。此外，WRF-Hydro模式是蓄满超渗结合的模型，在枯水年降水和径流量偏小时，降雨—径流关系的非线性程度较强，导致模拟效果不稳定，因而基于丰水年率定得到的参数在应用到枯水年时效果会不佳。在未来的研究中，应该选用更高分辨率的驱动数据或考虑多参数率定的方法将进一步改进模拟结果。同时，利用气候模式输出的情景数据驱动已建立的WRF-Hydro模式，预测黄河源区径流的未来变化趋势，进而探究黄河源区陆面—水文过程的演变规律也是将来本研究领域的研究重点。
