《2014EsriUC_基于GIS的实时水文建模：机遇与挑战》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2014EsriUC_基于GIS的实时水文建模：机遇与挑战（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2014年第十二届Esri中国用户大会GIS与水利行业应用论坛个人与 ESRI的一些渊源Michael Zeiler著，为我们的世界建模 ESRI空间数据库设计指南 M，张晓祥、张峰、姚静，等译 .北京：人民邮电出版社，2004， 200页。有幸主持中国第一本正式引进版权的 ESRI Press的 GIS译著，今年正好是出版十周年。2003，日本东京日本 ArcGIS中心2012，美国圣地亚哥美国 ESRI用户大会2012，美国 Redland访问美国 ESRI总部2007，江苏南京ESRI大中华区总裁陈子坦先生访问河海大学基于 GIS的实时水文建模：机遇与挑战Real-time GIS-ba
2、sed Hydrological Modeling: Opportunity and Challenges 北京 ESRI中国用户大会 2014年 9月 4日河海大学 张晓祥 (XGIS)Email: http:/ 时空 GIS与水利信息化第二部分 大数据、大模型、大计算第三部分 实时水文建模：机遇与挑战汇报提纲研究缘起 测绘、地理和行业院校研究 GIS的区别？ 测绘、地理背景的 GIS研究很少重视分析和建模 行业背景院校的 GIS研究特别需要分析和建模 河海大学三大经典模型 (1970-1990) 水文模型 新安江模型 水动力学模型 平原河网模型 海洋水动力学模型 东中国海模型 GIS如何表
3、现真正时空问题 基于 GIS的集成建模与开发 国际进展： 丹麦 DHI MIKE系列，荷兰 Delft系列、美国 ArcHydro ArcSWAT，支持 ESRI统一对象模型开发模式 河海大学应该发展自己的集成建模系统第一部分时空 GIS与水利信息化1 研究背景 水利、海洋行业的特殊性 综合性 (Integration)、过程性 (Process)非常强，是一个真正动态的时空 GIS GIS技术的发展 地图学视角、数据库视角、空间分析视角 (Maguire, 1991) Geodatabase的发展 GIS可以统一表达实体和过程(Zeiler,1999，张晓祥等译， 2004) 存在问题： G
4、IS缺乏专用的过程模型 (Process Model)来控制系统中地理对象的状态、调控以及演化(Torrens,2009)。Data Model Based on Inventory(基于目录的数据模型 )Streams(河流 )Drainage Areas(集水区 )Hydrography(水文图 )Channels(河道 )Terrain Surfaces(地表 )Rainfall Response(降水响应 )Digital Orthophotoes(正射影像 )Data Model Based on Behavior(基于行为的数据模型 )GIS (Jack Dangermond) 水
5、专业模型拉格朗日运动观时空概念 欧拉运动观1 Sui D.Z., R.C. Maggio, Integrating GIS with hydrological modeling: practices, problems, and prospects, Computers, Environment and Urban Systems, 23 (1999) 33-51.2 科学问题 国内 GIS界 : 钟耳顺 (2013) ： GeoControl and Live Geography 柳林 (2013)：实时 GIS的 863重点项目 国际研究进展 GIS与水文模型的发展 (Sui and Ma
6、ggio, 1999) GIS与环境模型： 框架、策略和方法 (Couclelis， 2002) 过程模型与下一代 GIS技术 (Torrens, 2009) 2000年前的 GIS发展 四次 GIS与环境建模的会议 (GIS and Environmental Modeling 1991, 1993, 1996, 2000)，出版三部书 著名的 Simonette魔方和 UCSB地理系的异军突起 (David Simonette, 1926-1990, UCSB 地理系创系系主任）Simonett魔方 (Clarke and Baumgart, 2004)http:/ XGIS第二部分大数据
7、、大模型、大计算A数据 (Data)B模型 (Model)C计算 (Computation)经验模型和机理模型数据集成管理(Geodatabase)统计、数学、数值计算经典 水文建模的 Simonette魔方：数据、模型和计算实时 水文建模的 Simonette魔方：数据、模型和计算A大 数据 (Big Data)B大模型 (Big Model)C大计算 (Big Computation)复杂模型、耦合模型数据自动查找与发现：本体与语义面向服务的实时与迭代计算科学发现的四种范式 1 实验研究范式 2 理论推导范式 3 仿真计算范式 4 数据密集范式实时水文建模的特点 大数据 (Big Data
8、) Data-intensive Modeling数据庞大的建模 大模型 (Big Model) Couple Spatial and temporal process耦合时空过程 大计算 (Big Computation) Geocomputation in Cyberinfrasture 赛博环境下的地理计算 第三部分实时水文建模：机遇与挑战三个案例 1 SWAT水文模型 2 新安江水文模型 3 FEST-EWB水文模型 (重点讲 ) 中欧遥感科技合作 龙计划 2014年国家基金委国际合作课题Part 1基于能量质量平衡的分布式水文模型 Part 2 基于数据模型的数据设计实现 Part3
9、模拟模型与数据模型集成FEST-EWB模型水量平衡方程： 能量平衡方程：净辐射量 - 土壤热通量 - (感热通量 ) - (潜热通量 )= 0土壤湿度变化 = (降水量 -径流量 -排水量 -蒸散发量 )/土壤厚度叶面积指数植被高度田间持水量土壤深度蒸散发量土壤深度径流量排水量净辐射量降水量感 /潜热通量土壤热通量 模型计算涉及土壤表层 植被 浅大气层 模型计算与遥感数据以及地面数据相结合的案例 3： FEST-EWB模型分布式水文模型： FEST-EWB Flashflood Eventbased Spatially distributed rainfallrunoff Transforma
10、tionEnergy Water Balance FESTEWB基于能量质量平衡的热动力学模型 能量：地表能量交换 质量：水量平衡 模型计算涉及土壤表层 植被 浅大气层 输入参数 水文循环过程： 蒸散发，渗透，地表径流，汇流，潜流和积雪动态 输出参数Part 1基于能量质量平衡的分布式水文模型 Part 2 基于数据模型的数据设计实现 Part3模拟模型与数据模型集成案例 3： FEST-EWB模型FEST-EWB模型框架图据 : Chiara Corbari 译 Part 1基于能量质量平衡的分布式水文模型 Part 2 基于数据模型的数据设计实现 Part3模拟模型与数据模型集成FEST-
11、EWB模型能量平衡方程： 水量平衡方程：净辐射量 - 土壤热通量 - (感热通量 ) - (潜热通量 )= 0土壤湿度变化 = (降水量 -径流量 -排水量 -蒸散发量 )/土壤厚度 土壤湿度 SM与 RET连接 由 RET求的地表温度 寻找典型平衡态温度 -RET（流域表面能量平衡时最接近的陆地表面温度 LST）图： FEST-EWB模型中能量通量和质量通量案例 3： FEST-EWB模型模型结构以及模型参数Part 1基于能量质量平衡的分布式水文模型 Part 2 基于数据模型的流域数据设计实现 Part3模拟模型与数据模型集成水 量 平 衡 方 程 能 量 平 衡 方 程, , , ,(
12、 ) ( ) 0i j i j s c i j s c i jR n G H H L E L E , , , ,1()iji j i j i j i jijSMP R P E E Tt d z L S T 、 S M 、 E T土壤湿度土壤热导率土壤厚度土 壤 热 通 量反射率大气辐射斯 蒂芬 波尔 兹曼 常熟空气温度大气外的辐射大气光学厚度 S太阳高度角沿 法 线 的 到 达 地 面的 太 阳 辐 射大气外的辐射辐射散射率散 射 辐 射由 周 边 引 起 的辐 射坡度反射率实际直接辐射入射短波辐射净 辐 射 量裸 土 潜 热 通 量 L E s冠 层 潜 热 通 量 L E c+冠层阻力植被
13、覆盖度饱 和蒸 汽压 和蒸 汽压空气温度空气密度空气潮湿度反射率叶面积指数最小气孔阻力田间持水量凋萎点植被空气阻力裸图空气阻力d 零平面位移高度Z m测风仪高度Z o m影 响动 能传 递的 粗糙 度Z o mZ h湿度测量高度影 响热 量和 水量 转移 的粗 糙度潜 热 通 量d 零平面位移高度Z m测风仪高度Z o m影 响动 能传 递的 粗糙 度Z o mZ h湿度测量高度影 响热 量和 水量 转移 的粗 糙度植被空气阻力裸图空气阻力空气温度T a空气密度植被覆盖度潮湿空气比热裸 土 感 热 通 量 H s冠 层 感 热 通 量 H c+感 热 通 量降 水 量蒸 散 发 量径 流 量
14、排 水 通 量A BCDE案例 3： FEST-EWB模型参数 参数意义 参与模拟过程 地面观测方法 遥感观测方法P 降水量 水量平衡方程 水文站 /雨量桶 TRMMR 径流量 水量平衡方程 水文站 /径流场 N/AAlbedo 反射率 /反照率 水面能量方程 反射率表 /辐射表 MODISfv 植被覆盖度 感 /潜热通量方程 ASTERlulc 植被类型 感 /潜热通量方程 实地调查 TMTa 空气温度 感 /潜热通量方程 气象站 LAI 叶面积指数 感 /潜热通量方程 可见光 /近红外DEM 数字高程模型 地表径流 DEMHs 土壤感热通量 土壤热量方程 MODISG 土壤热通量 土壤热量
15、方程 MODISLEs 冠层潜热通量 潜热通量方程 GOESLEc 土壤潜热通量 潜热通量方程 AMSR-ELanduse 土地覆被 感 /潜热通量方程 实地调查 TMLST 地表温度 能量平衡方程 气象站 /红外辐射计 MODISSM 土壤湿度 土壤热通量方程 气象站 模型参数及其获取方式地面观测获得遥感观测获得提出： 模型数据管理GIS database案例 3： FEST-EWB模型降雨、降雪水量、水质卫星遥感气象观测土壤水挑战 1：数据的挑战 数据的自动发现与提取2014-9-17流域涉水信息：流域涉水数据、元数据、数据标准、元数据标准流域学科涉水领域知识多源观测网络水信息站点类型等导 航 层变 量 层核 心 层复 合 层标 记 ： 否关 键 词 ： 否标 记 ： 是关 键 词 ： 否标 记 ： 是关 键 词 ： 是标 记 ： 否关 键 词 ： 是一 般具 体变 量 层核 心 层复 合 层导 航 层细化
