《基于openmi的多尺度流域模型集成和应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于openmi的多尺度流域模型集成和应用研究（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、南京师范大学 硕士学位论文 基于OpenMI的多尺度流域模型集成和应用研究 姓名：吴辉 申请学位级别：硕士 专业：地图学与地理信息系统 指导教师：李硕 20100501 摘要 摘要 地理模型是定量化研究复杂自然地理过程的有效手段。地理过程模拟，有其 适用的时空尺度或有效的空间范围，对应着相应的建模描述方法和关注的研究内 容，因此，模型开发表现出多时空尺度和针对不同的研究目标等特点。多尺度、 多学科综合的地学定量化研究和应用必然涉及到模型集成问题。随着建模理论、 模型集成技术的发展，采用多尺度的流域模型进行流域集成模拟是多层次的地理 过程定量化研究的主要方法。本文研究的目的是探索多尺度流域模型集
2、成方法。 本文选择了流域尺度的S W A T 模型和地块尺度的A P E X 模型，利用O p e n M I 模型集成环境，在两个层面进行了模型集成实验：一是单一模型( S w A T 模型) 的模块拆解和集成，二是两个不同尺度流域模型的集成。在此基础上，针对实际 应用，设计开发了基于文件替换方法的多尺度流域集成应用系统，并以江西潋水 河流域的数据为实验数据，模拟径流、产沙来验证该应用系统。本文研究的内容 和成果主要有以下三个方面： 1 基于地理过程的流域模型拆解和集成的研究。本文较为系统地研究了流域 模型( S W A T 模型) 的解析，主要包括时空循环、过程链接、源码结构的解析， 通过
3、模型解析，明晰了模型的主要地理过程( 子流域坡面产出过程和河道演算过 程) ，以及它们之间的数据流，然后拆解成两个独立的地理过程模块，再利用 o p e 洲I 集成环境，将这两个地理过程模块进行集成，为地学模型的拆解和模块 重用提供了可借鉴的思路和方法。 2 基于o p e l l M I 的多尺度流域模型集成的研究。本文研究了o p e n M I 集成环 境的技术和模型集成理念，并成功地利用O p e n M I 集成环境对流域尺度的S W A T 和地块尺度的A P E X 模型进行了集成，探索了复杂、多尺度流域模型之间的集 成方法，研究表明，明晰地学模型模拟的地理过程和过程之间的数据流
4、是进行地 学模型集成的前提，不同地学模型之间的数据交换方法是进行地学模型集成的关 键。 3 基于文件替换的多尺度流域集成应用系统的研究。针对实际流域模拟研究 工作的具体应用，本文设计丌发了S w A T - A P E X 集成应用系统( S A I S ) ，实现了 由用户选择用S W 钉子流域坡面过程组件或A P E X 组件对任意子流域进行模拟， 河道演算过程用S W A T 河道过程组件模拟，本系统的组件采用特定格式输入输 出文件进行数据交换的，通过潋水河流域径流、产沙的模拟结果验证了集成系统 的有效性和实用性。 关键字：o p e n M I 、S w A T 、A P E X 、流
5、域尺度、模型集成 A b s t 阳c t A b s t r a c t T h eg e o 黟a p h i c a lm o d e l i st 1 1 eV e 巧e 仃e c t i V em e a r l St 0q u a n t i t a t i V es t u d yo fc 咖p l e x p h y S i c a lg e o 黟印h yp r o c e s s e s G e o 孕a p l l i cp r o c e s ss i m u l a t i o nh 嬲i t s 印p r o p r i a t c s p a t i a la 1
6、 1 dt 锄p o r 越s c a l e so re f r e c t i V es p a t i a ls c a l e s ，c o l l r e s p o n d i n gt ot l l ed e s c r i p t i o n o ft 1 1 es p e c i 矗cm o d e l i n g 印p r o a c h e sa I l dc o n c “n ga b o u t 廿l er e s e a r c hc o n t e l l t s T h e r e f o r e ，l em o d e ld e V e l o p m e n
7、 ts h o w st h ec h a r a c t c r i s t i c so fm u l t i p l eS p a c e - t i m e s c a l e sa I l da i m i n ga td i 行羽e I l tr e s e a r c hg o a l sa I l ds oo n W i lt l l ed e V e l o p m e n to f m o d e l i n g 廿1 e 0 巧觚dm o d e li n t e 伊a t i o nt e c h I l o l o g y ，u s i n gm e t h o do
8、 fm u l t i s c a l e w a t e r s h e dm o d e li n t 刚i o nf o rt l l ee n t i r ew a t e r s h e dr u n o Es e d i m e n ty i e l de t c i st l l e m a j na p p r o a c ho f q u a n t i t a t i V es i n l u l a t i o no fa m u l t i l e V e lw a t e r s h e dq u a n t i t a t i V es t u d y o fm e
9、g e o 舯p h i c a lp r o c e s s e s T h eo b j e c t i v eo ft l l i sp 印e ri st oe x p l o r et l l em e t h o do f i m e 伊a t i n gm u l t i - s c a l ew a t e r s h e dm o d e l s 1 1 1 i sp 印e rc h o s et l l ew a t e r s h e d s c a l eS W r A Tm o d e la n dm ef i e l d - s c a l eA P E X m o
10、d e l ， a I l du s i n gt h eo p e n M IM o d e lI l l t e 伊a t i o nE n V i r o m e n t ，w ed e s i 印e dt W o1 e V e l so ft h e m o d e li n t e 酬i o ne x p 舒m e n t s ：O n ew a sm o d u l e sd i s m a n t l i n ga n di n t e 伊a t i o no fa s i n 哲em o d e l ( S W A Tm o d e l ) ；m eo t h e rw a S
11、w a t e r s h c dm o d e li n t e g r a t i o no fd i 任打e n t s c a l e s B e s i d e S ，a na p p l i c a t i o ns y s t e I l lo fi n t e 铲a t e dm u l t i - s c a l ew a t e r s h e dm o d e l sw 嬲 d e s i 印e da n dd e V e l o p e du s i n gf i l er e p l a c em e t h o d ，b a s e do nt l l ew o r
12、 km e n t i o n e d d b o V ea I l dt l l en e e d so fp r a c t i c a l 印p l i c a t i o n s I no r d e rt 0v a l i d a t em ea p p l i c a t i o n s y S t 锄，i tw a Su s e dt os i m u l a t em n o 噩s e d i m e m 姐e l dw i t h i nm eL i a l l s h u iB a s i ni n J i a n g x iP r 0 V i n c e T h em a
13、 i nc o n t e n t sa n dr e s u l t so ft h es t u d y a r ed r a w na Sf o l l o w s ： 1 7 n l ep a p e re X p l o r e dt l l e d i s m a n t l i n ga 1 1 di n t e 莎a t i o no fw a t e r s h e dm o d e lo n g e o 伊a p h i c a lp r o c e s s e s I I lm ep a p e rw es y s t e m a t i c a l l ys t u d
14、 i e dt h ew a t e r s h e dm o d e l ( S W A rM o d e l ) a n a l y s i s ，i n c l u d i n gs p a l i a la n dt 锄p o r a lc y c l e ，m el i n ko fp r o c e s s ， s o u r c ec o d es t r u c t u r ea n a l y S i s T h r o u 曲m em o d e la l l a l y s i s ，t h em o d e l sm 旬o r g e o 黟a p h i c a lp
15、 r o c e s s e s ( s u b - b a S i ns l o p ep r o c e s sa n dr i v e rc h a m l e lr o u t ep r o c e s s ) w e r e c l 撕f i e d ，a I l d 廿1 ed a t an o w sb e t w e e nn l e mw e r ec l e 牡A n dm e nt h em o d e lw 够 d e c o m p o s e di n t o 俩os 印a r a t eg e o 黟a p h i cp r o c e s sm o d u l
16、e s ，a n df i n a l l ym e yw e r e i n t e 黟a t e du s i n go p e l l M I T h u s ，t h es m d yp r o v i d e dt l l e i d e a sa n dm e t h o d so n g e o l o 西c a lm o d e l sf o rt h ed i s m a n t l i n ga I l dr e u s eo fm o d u l e st 1 1 a t w e r ew o n h c o n s i d e r i n g 2 T h i sp a p e rs t l l d i e dt 1 1 em u l t i - s c a l ew a t e r s h e dm o d e l i n t e 黟a t i o nu s i n gO p e n M I 1 1 1 e I I A b s t 耐 s t l J d yd i s c u s s e dt h et
