南科大刘俊国院士STOTENISIMI
图文摘要
Graphicalabstract
导读
Introduction
现有水文模型对极端水文事件的模拟存在很大不确定性。为了研究当前水文模型对极端径流的模拟能力，本研究利用水文站点数据评估了10个ISI-MIP模型在澜沧江-湄公河不同径流百分位的模拟情况，着重分析了代表极端水文事件的极端径流的模拟结果，同时使用4个统计指标对模型径流模拟能力进行排序。
一、研究区与数据概况
Overviewofthestudyareaanddata
澜沧江-湄公河是世界上最大的跨境河流之一，其长度约为公里，流域总面积约为79.5万平方公里。澜沧江-湄公河发源于青藏高原，先后流经中国、缅甸、泰国、柬埔寨与越南，其上下游所处的自然环境差异极为显著。流域上游平均海拔超过米，受人类活动干扰较小。下游地势较为平坦，为下游东南亚国家的灌溉、航运及渔业养殖等提供水资源。澜沧江-湄公河流域的流量主要来自于降雨，每年5月至11月的雨季降水占全年降水总量的70%。青藏高原的冰川积雪融水对旱季流量有一定影响。
该研究利用澜沧江-湄公河七个水文站点-年的逐日径流观测数据对ISI-MIP模拟数据进行评价（图1）。使用10个ISI-MIP模型的模拟数据，选择的模型分别为CLM4、DBH、H08、LPJmL、MATSIRO、MPI-HM、ORCHIDEE、PCR-GLOBWB、WaterGAP2及WAYS。利用径流量的第5百分位数（Q5）、第25百分位数（Q25）、第50百分位数（Q50）、第75百分位数（Q75）与第95百分位数（Q95）对模型进行评价，以评估水文模型对不同水文情势的模拟效果。
图1澜沧江-湄公河流域概况及水文站点位置
二、模型在不同径流百分位的模拟评价
Modelperformancesatdifferentdischargepercentiles
对5个径流百分位序列模拟结果的评价显示，现有模型对极端径流模拟结果存在较大不确定性。在极端低径流百分位（Q5），模型的模拟普遍结果较差，不能准确模拟径流量的年际变化。不同模型模拟结果间差异较大（图2），部分模型出现高估或低估的系统性偏差。
图2模型在第5百分位数（Q5）的模拟情况，a-g表示不同水文站点
模型模拟结果的精度随径流百分位数的增加而提高。在Q25，不同模型模拟的径流结果仍较为分散。Q50的模拟结果较Q5与Q25有显著提升，模型模拟值较为接近，但仍有模型出现系统性高估或低估的现象。Q75与Q95的模拟结果较好（图3），不同模型表现出较为一致的径流年际变化趋势，模型间的不确定性进一步减少。
图3模型在第95百分位数（Q95）的模拟情况，a-g表示不同水文站点
利用4个统计参数对模拟结果平均值在不同径流百分位数的表现进行评价（图4）。其中R2随径流百分位的增加而增加，其值在Q5小于0.1，在Q95大于0.4。NSE的值随径流百分位的增加而增加，Q5处NSE小于-60，到Q95处接近1。代表模型模拟结果平均值偏差与方差偏差的Δμ与Δσ也随径流百分位数的增加而更加接近于0。4个参数的验证结果均表明模型在极端低径流量模拟上精度较差，模拟精度随径流量百分位数的增加而提高。
图4模型模拟径流平均值在不同径流百分位数的表现
三、不同模型模拟精度比较
Comparisonofmodelperformancewithdifferentmetricsatsevenhydrologicalstations
利用四个统计参数对不同模型的模拟精度进行排序。WaterGAP2模型的模拟结果最好，WAYS模型次之，PCR-GLOBWB，MPI-HM与MATRISO模型分别排在3，4，5位。模型模拟精度从上游到下游逐渐提高，但在距离入海口最近的站点模拟精度回落。可能的原因是现有模型普遍没有考虑海水回溯过程，导致入海口处的模拟精度变差。
图5不同模型模拟结果评价
总结
Conclusions
利用站点观测的径流数据对ISI-MIP水文模型模拟结果进行验证，结果表明目前水文模型在极端径流模拟方面精度较低，不同模型结果之间存在较大不确定性。利用不同径流百分位的数据验证表明模型模拟精度随径流百分位数的增加而提高。利用四个统计参数的模型评价表明研究选取的模型在完整径流序列模拟上均有较高精度，其中WaterGAP2模型与WAYS模型精度最高。
通讯作者：刘俊国讲席教授
南方科技大学环境科学与工程学院
欧洲科学院院士，南方科技大学讲席教授，环境科学与工程学院副院长，奥地利国际应用系统分析学会资深客座研究员，北京生态修复学会理事长。国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才，科技部中青年科技创新领军人才。享受国务院特殊津贴，入选美国科学促进会会士、英国皇家地理学会会士、英国皇家气象学会会士。曾获国家“万人计划”青年拔尖人才、教育部新世纪优秀人才支持计划、深圳市“鹏城学者”特聘教授、深圳市国家级领军人才、深圳市海外高层次专业人才、深圳市南山区领航人才。
第一作者：陈鹤博士研究生
南方科技大学环境科学与工程学院
年取得中国科学院大学硕士学位。主要研究方向为水文模型开发与应用。以第一作者或共同作者在ScienceoftheTotalEnvironment发表论文2篇。
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