水利学报
水利學報
수리학보
Journal of Hydraulic Engineering
2015年
10期
1189-1198
,共10页
张秋汝%史良胜%宋雪航%方旭东
張鞦汝%史良勝%宋雪航%方旭東
장추여%사량성%송설항%방욱동
非饱和流%集合卡尔曼滤波%数据同化%非线性
非飽和流%集閤卡爾曼濾波%數據同化%非線性
비포화류%집합잡이만려파%수거동화%비선성
unsaturated flow%ensemble Kalman filter (EnKF)%data assimilation%nonlinearity
土壤水运动是水分循环中的基本过程,但土壤水预测面临着参数获取难、预测精度差等挑战.数据同化技术为土壤水参数估计和精确预报提供了一种新的方法.本文建立了基于3种不同非饱和水流求解方法的集合卡尔曼滤波(EnKF)算法,针对状态向量的选择和正演模型的选择两个问题,研究了非饱和土壤水EnKF的计算性能.研究结果表明:对于非线性非饱和水流问题,同时更新水头和参数比仅仅更新水头能够取得更好的预测效果,特别是当多参数未知时;EnKF本质上是Monte Carlo方法,极端样本容易导致Picard-h和Picard-mix算法的崩溃,因此传统的HYDRUS程序与复杂非饱和土壤水的数据同化兼容性不佳;当同时同化水头和参数时,如果极端的样本值能够快速得以更新,Picard-h和Picard-mix算法在数据同化模拟中的适用性能得以提升;但由于观测信息对参数的校正能力取决于特定的问题和条件,Ross算法是执行非饱和土壤水数据同化模拟的更好选择.
土壤水運動是水分循環中的基本過程,但土壤水預測麵臨著參數穫取難、預測精度差等挑戰.數據同化技術為土壤水參數估計和精確預報提供瞭一種新的方法.本文建立瞭基于3種不同非飽和水流求解方法的集閤卡爾曼濾波(EnKF)算法,針對狀態嚮量的選擇和正縯模型的選擇兩箇問題,研究瞭非飽和土壤水EnKF的計算性能.研究結果錶明:對于非線性非飽和水流問題,同時更新水頭和參數比僅僅更新水頭能夠取得更好的預測效果,特彆是噹多參數未知時;EnKF本質上是Monte Carlo方法,極耑樣本容易導緻Picard-h和Picard-mix算法的崩潰,因此傳統的HYDRUS程序與複雜非飽和土壤水的數據同化兼容性不佳;噹同時同化水頭和參數時,如果極耑的樣本值能夠快速得以更新,Picard-h和Picard-mix算法在數據同化模擬中的適用性能得以提升;但由于觀測信息對參數的校正能力取決于特定的問題和條件,Ross算法是執行非飽和土壤水數據同化模擬的更好選擇.
토양수운동시수분순배중적기본과정,단토양수예측면림착삼수획취난、예측정도차등도전.수거동화기술위토양수삼수고계화정학예보제공료일충신적방법.본문건립료기우3충불동비포화수류구해방법적집합잡이만려파(EnKF)산법,침대상태향량적선택화정연모형적선택량개문제,연구료비포화토양수EnKF적계산성능.연구결과표명:대우비선성비포화수류문제,동시경신수두화삼수비부부경신수두능구취득경호적예측효과,특별시당다삼수미지시;EnKF본질상시Monte Carlo방법,겁단양본용역도치Picard-h화Picard-mix산법적붕궤,인차전통적HYDRUS정서여복잡비포화토양수적수거동화겸용성불가;당동시동화수두화삼수시,여과겁단적양본치능구쾌속득이경신,Picard-h화Picard-mix산법재수거동화모의중적괄용성능득이제승;단유우관측신식대삼수적교정능력취결우특정적문제화조건,Ross산법시집행비포화토양수수거동화모의적경호선택.
