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DHSVM共包括七大模块:蒸散发模块(ET)、双层地表积雪模块(TWO-LAYER GROUND SNOWPACK MODEL )、冠层截雪和释放模块(CANOPY SNOW INTERCEPTION AND RELEASE )、不饱和土壤水分运动模块(UNSATURATED SOIL MOISTURE MOVEMENT )、饱和土壤水分运动模块(SATURATED SUBSURFACE FLOW)、坡面汇流(地表径流)模块(OVERLAND FLOW)、河道汇流模块(CHANNEL FLOW )
1. 蒸散发模块
模型采用双冠层模型模拟网格内的蒸散发。流域内的每个网格都包含一个上冠层及一个地表植被层或者棵露的土壤层(下冠层)。上下两层冠层都被分为干燥和湿润两部分。上冠层可以覆盖网格的一部分面积(只覆盖一部分或者全部覆盖)而下冠层则假设为覆盖整个网格单元。若有积雪存在时,假设积雪完全覆盖地表或者地表植被层,即有枳雪存在时不考虑地表植被层及土壤层的(下冠层)蒸散发。
模型逐步并独立地计算每层的蒸散发。
1.1 上冠层:
湿润的部分以潜在蒸发速率进行蒸发;干燥部分的蒸腾通过彭曼公式(Penman-Monteith)进行计算。上冠层潜在蒸发速率Epj=Epo
具体算法参考:http://www.evernote.com/l/Af6xAXVwY4xIFqJ2LK4QbjGQTDW7XTbJ6f4/
1.2 下冠层:
分两种情况,一种是有植被的情况;一种是无植被的情况
1.2.1 有植被的情况
下冠层的蒸散发为即为地表植被蒸散发。计算方法和上冠层一样。但是下冠层的潜在蒸发速率Epj=上灌层潜在蒸发率(Epo)- 上灌层蒸散发速率(干燥和湿润部分)(Eio+Eto)
1.2.2 无植被的情况
下冠层的蒸发为土壤蒸发,在湿润条件下,土壤蒸发潜在蒸发速率进行蒸发;在含水量低的情况下,土壤蒸发的速率取潜在蒸发速率与土壤属性相关。
具体计算公式参考:http://www.evernote.com/l/Af6xAXVwY4xIFqJ2LK4QbjGQTDW7XTbJ6f4/
2. 双层地表积雪模块(TWO-LAYER GROUND SNOWPACK MODEL )
2.1 积雪和融雪 (Snow Accumulation and Melt)
地表积雪分两层进行模拟,即较薄的上表层和下积雪层。大气,冠层及地表积雪层的能量交换仅发生在上表层。上表层雪水当量的变化量通过能量平衡进行计算。上表层获取的能量包括净辐射Qr、潜热通量Qe、感热通量Qs、降雨或降雪传递能量Qp、积雪融化(正能量)或水冻结(负能量)传递能量Qm。
上表层能量平衡及质量平衡公式具体参考:http://www.evernote.com/l/Af60QXTVk89C26J_UIMTDXXaPZTQL2Ttu8M/
当有积雪存在时,空气动力阻抗要进行修正。
3. 冠层截雪和释放(融化)模块(CANOPY SNOW INTERCEPTION AND RELEASE )
模型采用单冠层融雪模型,对冠层截雪和释放进行模拟。单冠层融雪模型描述了冠层对降雪的综合性作用过程:森林冠层截留降雪、积雪升华、积雪释放(重力作用)、积雪融化。大气降水通过两个临界温度划分为只有降雪(T<Tmin)、只有降雨(T>Tmax)、降雨和降雪均存在(Tmin<T<Tmax)
3.1 冠层截雪(Snow Interception)
在每个时间步长内,降雪被灌层截留,直到其达到最大截雪能力。时间步长的截雪量=积雪效率×降雪量。最大截雪能力与实际观察到的最大截雪能力、叶面积指数和温度等有关。
具体参考:http://www.evernote.com/l/Af5ixUsx3JlO46GpathIvODS2B1lgXH7M9k/
3.2冠层截雪
冠层积雪的融化采用类似于近地表积雪融化计算方法进行模拟。冠层积雪的释放(重力作用)发生条件是有足够多降雪,它和融雪水滴成正比。 没有被冠层截留的降雨和降雪连同截雪释放与融雪水滴加入地表积雪模型的能量与质量平衡方程中。
具体参考:http://www.evernote.com/l/Af5ixUsx3JlO46GpathIvODS2B1lgXH7M9k/
4. 不饱和土壤水分运动模块(UNSATURATED SOIL MOISTURE MOVEMENT )
5. 饱和地下水分运动模块(SATURATED SUBSURFACE FLOW)
6. 坡面汇流(地表径流)模块(OVERLAND FLOW)
坡面流发生的途径有以下三个方面:1)降水及融雪超过表层土壤的最大下渗速率(超渗产流)。2)降雨或者融雪发生在巳经饱和的土层上(蓄满产流)。3)地下水位上升至超过地表(回归流)。DHSVM模型通过两种方法来模拟坡面汇流。一种是逐网格精确汇流,另一种是单位过程线方法。当模型被应用于路网及河网的时候,必须采用精确方法进行汇流演算。
逐网格坡面汇流类似于饱和地上水,即类似动力波的方式。某一方向的汇流速度参考:http://www.evernote.com/l/Af7TeKNf-8lLOaITRjTlPYR4LxhUliTRYnc/ ; 单位线法需要计算每个网格地表径流达到流域出口断面需要的时间(汇流时间),每一个网格的响应函数是汇流时间的函数。
7. 河道汇流模块(CHANNEL FLOW )
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