全球尺度水文模型： 机遇、 挑战与展望

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0030

摘要/Abstract

摘要：

水循环发生在全球尺度，局地和流域水问题的解决也往往需要全球视角，因此全球尺度水文模型应运而生。从科学意义和国家需求等多个视角，论述了全球水文学研究的意义和巨大的发展潜力，系统总结了现有全球尺度水文模型发展现状，剖析了十余个主流全球尺度水文模型的结构和功能，以及全球水文-气象-地理信息等全球模型所需数据集。进而分析了现有全球尺度水文模型存在的主要问题和挑战，为进一步完善模型提供参考。最终分别从模型机理、大数据、新技术、多部门模型耦合等几个方面，探讨了全球尺度水文模型未来发展的重要方向。

关键词: 全球尺度水文模型, 水循环, 全球尺度, 综述

Abstract:

The water cycle occurs on a global scale， and solutions to local and watershed water problems also often require a global perspective. Therefore， global hydrological models （GHMs） are emerging and fast-growing as a separate research field in the last two decades. In this review paper， we discuss the research significance and great potential of global hydrological modelling and observation， systematically summarize the status of the existing global hydrological models， analyze the main shortcomings and challenges of existing global hydrological models， in order to further improve the models， outlook the trend and momentum of global hydrological model development， in terms of model mechanism， big data， new technology， and the coupling of multi-sectoral models.

Key words: global hydrological model, water cycle, global scale, review

中图分类号:

P334.9

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图/表 5

表1

表2

表3

表4

图1

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模型	时空分辨率	融雪算法	蒸散发算法	降雨径流模块	汇流模块	人类用水/水库模块	参数率定	文献来源	国家
DBH	0.5°，日或小时	能量平衡	能量平衡	基于土壤质地的物理模型	有	有/有	无	［22］	日本/中国
H08	1°，日	能量平衡	潜在蒸发+土壤湿度	蓄满（水箱模型）	有	有/有	无	［23］	日本
LPJmL	0.5°，日	度日因子	Priestley-Taylor+ 土壤湿度	蓄满（水箱模型）	有	仅灌溉/有	无	［24］	德国
Macro-PDM	0.5°，日	度日因子	彭曼+土壤湿度	蓄满（新安江）	无	无/无	无	［25］	英国
MATSIRO	1°，日（6小时能量平衡）	能量平衡	彭曼+土壤湿度	蓄满（TOPMODEL）	有	有/有	无	［26］	日本
MPI-HM	0.5°，日	度日因子	彭曼	蓄满（新安江）	有	无/无	有	［27］	德国
PCR-GLOBWB	0.5°，日	度日因子	Hamon+土壤湿度	蓄满（HBV）	有	有/有	无	［28］	奥地利
VIC	0.5°，日	能量平衡	能量平衡	蓄满（新安江）	有	仅灌溉/有	有	［29］	美国
WASMOD-M	0.5°，月	温度因子	气温+空气相对湿度	基于土壤湿度的月水量平衡方程（WASMOD）	无	无/无	有	［30］	瑞典
WaterGAP	0.5°，日	度日因子	Priestley Taylor+ 土壤湿度	蓄满（HBV）	有	有/有	有	［31］	德国
WBM	0.5°，日	度日+降水量	彭曼公式	蓄满（植被决定相关参数）	有	有/有	无	［32］	美国

数据名称	数据说明	下载地址（检查日期： 2019-07-07）
GLCC	全球植被覆盖数据	http： //www.fao.org/land-water/land/land-governance/land-resources-planning-toolbox/category/details/en/c/1036354/
GLiM	全球表层岩性数据1公里分辨率图	https： //www.geo.uni-hamburg.de/en/geologie/forschung/geochemie/glim.html
GLHYMPS	全球水文地质图，包括下渗率和孔隙度	http： //crustalpermeability.weebly.com/glhymps.html
Digital Global Map of Irrigated Area	全球0.5°灌溉面积图（基于FAO1995年资料和部分国家及省级资料）	http： //www.fao.org/nr/water/aquastat/irrigationmap/gmia_v5_lowres.pdf
SoilGrids1km	全球土壤和土壤质地 1公里分辨率图	https： //www.isric.org/explore/soilgrids
GRanD	全球水库和大坝数据库	http： //globaldamwatch.org/grand/
HYDRO1k	水文数字高程模型和河网 1公里分辨率图	https： //www.usgs.gov/centers/eros/science/usgs-eros-archive-digital-elevation-hydro1k？qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects
HYDROSHEDS	多尺度的水文数字高程模型和河网图，最高分辨率90米	https： //www.hydrosheds.org/
MERIT Hydro	多纠错后的90米分辨率水文地形分析^［34］	http： //hydro.iis.u-tokyo.ac.jp/~yamadai/MERIT_Hydro/index.html
MIRCA2000	2000年（左右）逐月全球灌溉和雨养农业图	https： //www.uni-frankfurt.de/45218031/data_download

数据名称	数据说明	下载地址（检查日期： 2019-07-07）
CRU	1901年至今的全球逐月气象驱动数据	http： //www.cru.uea.ac.uk/data
ERA-40	基于ECMRWF的1958—2001年1.25°的逐日气象再分析资料	https： //apps.ecmwf.int/datasets/data/era40-daily/levtype=sfc/
ERA-Interim	基于ECMRWF的1979年至今0.8°的逐日气象再分析资料	https： //www.ecmwf.int/en/forecasts/datasets/reanalysis-datasets/era-interim
GPCP	全球逐日、逐月和长期降水数据集分辨率为1°	https： //precip.gsfc.nasa.gov/
GPCC	全球逐月降水资料，分辨率为0.25°， 0.5°， 1.0°， 2.5°	https： //opendata.dwd.de/climate_environment/GPCC/html/fulldata-monthly_v2018_doi_download.html
GSWP3	基于NCEP 20CR再分析资料，经过误差纠正和插值的0.5°的 3小时气象资料	https： //www.isimip.org/gettingstarted/details/4/
MERRA	基于NASA Goddard地球观测数据同化系统的逐日气象资料	https： //gmao.gsfc.nasa.gov/merra/
NCEP-CFRS	1979—2011年基于NCEP/NOAA的0.5小时再分析资料	https： //www.ncdc.noaa.gov/data-access/model-data/model-datasets/climate-forecast-system-version2-cfsv2
WFD	基于ECMRWF再分析资料（ERA-40），经过误差纠正和插值的0.5°的3/6小时气象资料	https： //rda.ucar.edu/datasets/ds314.1/

数据名称	数据说明	下载地址（检查日期： 2019-07-07）
EWA-Friend	欧洲流域资料	https： //www.bafg.de/GRDC/EN/04_spcldtbss/42_EWA/ewa_node.html
FLUXNET	水、能量、二氧化碳通量	https： //fluxnet.fluxdata.org/
GRACE	水储量变化	https： //grace.jpl.nasa.gov/data/get-data/
GRDC	全球径流资料	https： //www.bafg.de/GRDC/EN/Home/homepage_node.html
ISMN	全球土壤湿度资料	https： //ismn.geo.tuwien.ac.at/en/
MOPEX	美国流域降水径流资料	https： //www.nws.noaa.gov/ohd/mopex/mo_datasets.htm
RIVDIS	1807—1991年全球径流资料	https： //daac.ornl.gov/RIVDIS/guides/rivdis_guide.html

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