Page 129 - 2024年第55卷第12期

光合有效辐射分量从朱再春等 ［２３］ 生成的全球数据集中获得。空间分辨率为 ９０ｍ的数字高程 ＤＥＭ（Ｄｉｇ
ｉｔａｌＥｌｅｖａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ）来自于 ＳＲＴＭ数据库 ［２４］ 。研究区典型干旱期（２００９—２０１２年）１～５ｄ的预报降水通
过基于中尺度大气数值模式 ＷＲＦ（ＷｅａｔｈｅｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＦｏｒｅｃａｓｔｉｎｇＭｏｄｅｌ）的动力降尺度方案获得，驱
动数据包括气象强迫场、土壤数据、ＤＥＭ 数据、植被及土地利用数据。历史气象强迫场由 ＦＮＬ再分
析资料（ＦｉｎａｌＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＭｏｄｅｌＧｌｏｂａｌＴｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃＡｎａｌｙｓｅｓ）提供，实时气象预报强迫场由 ＧＦＳ（Ｇｌｏｂａｌ
ＦｏｒｅｃａｓｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ ）全球预报系统提供。土壤、ＤＥＭ和植被及土地利用数据均由 ＷＲＦ自带的覆盖全球空
间范围内的静态数据库提供。６～３０ｄ的预报降水来自于欧洲中尺度气象预报中心（ＥｕｒｏｐｅａｎＣｅｎｔｒｅｆｏｒ
Ｍｅｄｉｕｍ － ＲａｎｇｅＷｅａｔｈｅｒＦｏｒｅｃａｓｔｓ ，ＥＣＭＷＦ）的逐日降水预报产品。

３ 研究方法

本预报技术利用 ＧＢＥＨＭ模型对径流进行模拟，结合 ＡＲ误差校正模型修正模拟结果，进而结合
动力降尺度和统计降尺度的预报降水信息，实现候、旬、月尺度的高精度低枯流量预报。本研究提到
的低枯流量包括枯水期（１２月—次年 ３月）流量和干旱期流量。ＧＢＥＨＭ 模型和 ＡＲ误差校正模型建模
时，选取 ２０００—２００８年为率定期，２００９—２０１２年为验证期。已有研究表明，降水是影响长江上游流
域径流变化的主要因子 ［５］ 。因此，本研究仅对降水数据进行预报，其他数据采用观测值。基于搭建的
ＧＢＥＨＭ模型和 ＡＲ误差校正模型，实现以预报降水数据为输入的流域径流预报。
３．１ ＧＢＥＨＭ 模型 ＧＢＥＨＭ模型耦合了冰川和积雪融化、土壤冻融等高寒山区特有的水文过程，并
考虑了生态水文相互作用过程 ［１７］ ，在黑河流域 ［１６］ 、长江上游 ［１８］ 和黄河源区 ［２５］ 等地均表现出良好的
模拟效果。模型包括冰冻圈水文过程、植被动态过程和山坡单元水文过程 ［２６］ 。针对冰冻圈水文过程，
采用基于能量平衡的方法计算冰川消融，用多层积雪模型描述积雪层质量和能量平衡，通过土壤水热
平衡方程刻画土壤冻融过程 ［１８］ 。植被动态过程为可选模块：在开启状态下，可根据气候数据模拟植被
生长；在关闭状态下，可输入植被生长状态参数，分析植被生长对水文过程的影响。山坡单元水文过
程主要包括植被冠层截留、山坡单元蒸散发及非饱和带的水分运动等。植被冠层截留为叶面积指数的
函数，蒸散发包括冠层蒸发、植被蒸腾和裸土蒸发。对非饱和土壤层，沿深度方向进一步划分为 １０
小层，每层厚度约 ０．１～０．５ｍ，采用 Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程计算非饱和带的产流，利用一维运动波方程计算汇
流，采用达西定律刻画河道和地下水的交换 ［１６］ 。
在本研究中，综合考虑石鼓以上流域面积及模型的运算能力，在研究区搭建分辨率为 ８ｋｍ × ８ｋｍ
的分布式水文模型，计算步长为 １ｈ。模型基于数字高程模型，采用 Ｈｏｒｔｏｎ － Ｓｔｒａｈｌｅｒ河网分级方法将流
域内河流分为 ５级，利用子网格参数化方法来描述地形，进一步划分成 ４７９个子流域，每个网格都由
许多 “山坡－ 沟谷” 表示 ［２６］ 。模型驱动数据主要有气象数据、植被参数和土壤参数等。模型在研究区
域的每个网格上进行参数率定，主要有河道形状参数、土壤饱和导水率、地下水导水系数和融雪系数
等。率定的指标为纳什效率系数和相对水量平衡误差，其他参数采用观测值或模型默认值。关于模型
的详细信息，可参考文献［ １６ － １７，２６］。
３．２ ＡＲ误差校正模型 径流时间序列具有自相关性，ｔ时刻的模拟误差可根据之前各时刻的误差预
测，从而实现 ｔ时刻模拟径流的实时校正。在本研究中采用自回归（ＡＲ）方法对 ＧＢＥＨＭ模型的模拟误
差进行校正。按时序变化，ＧＢＥＨＭ模型的模拟径流量与观测径流量之差构成一时间序列 Ｘ，
ｔ
Ｘ＝ Ｑ － Ｑ （１）
ｔ ｓｉｍ，ｔ ｏｂｓ，ｔ
式中：Ｘ为径流模拟误差时间序列，应满足平稳且不为白噪声的前提；Ｑ 和 Ｑ 分别为模拟和观测
ｔ ｓｉｍ，ｔ ｏｂｓ，ｔ
的径流。
首先对径流模拟误差 Ｘ进行 Ｌｊｕｎｇ － Ｂｏｘ白噪声检验 ［２７］ ，若 Ｘ不为白噪声，说明序列存在相关性，
ｔ ｔ
可进行下一步分析。采用 ＡｕｇｍｅｎｔＤｉｃｋｅｙ － Ｆｕｌｌｅｒ（ＡＤＦ）检验法对 Ｘ进行平稳性检验，若 Ｘ不为平稳序
ｔ ｔ
列，则采用差分法对数据进行平稳化处理。平稳且非白噪声的 Ｘ服从 ＡＲ（ｐ）模型：
ｔ
ｐ
ｔ ∑
Ｘ＝ ｃ ＋ φ ｉ ｔ － ｉ ε ｔ （２）
Ｘ ＋
ｉ ＝１
５
— １ ４ １ —