陸水貯留を適切に表現する陸面水文モデルの構築

建立适当代表陆地蓄水量的地表水文模型

基本信息

批准号：
09J07789
负责人：
山崎大
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J07789/
关键词：
全級河川モデル衛星DEM 水面標高衛星高度計並列化全球河川氾濫原モデル拡散波方程式の計算安定性衛星デジタル地形モデルデータ同化全球河川流下モデル氾濫原 DEM 衛星観測背水効果アマゾン川メコン川

项目摘要

本年度は、(1)全球河川モデルによる水動態シミュレーションの精度向上に必要な衛星DEMの誤差解析と修正、(2)全球河川モデルによる水面標高の予測可能性の検証、(3)計算コードの並列化などによるシミュレーションの高速化、を実施した。(1)衛星DEMには種々の誤差が含まれており、そのままでは水動態シミュレーションに適応することができない。本研究では、河道位置を示した表面流向データを参照しながら水の流れを遮るピットを除去する新たなアルゴリズムを開発し、『流れの連続性』と『現実的な標高』の双方を満足する修正DEMを作成した。実際に氾濫解析モデルで計算を行うことで、修正により河道と氾濫原を接続する細いチャネルを表現するこが、水動態シミュレーションの精度に重要であることを突き止めた。(2)全球河川モデルでは、これまで河川流量・水深・浸水域の再現に焦点が当てられていたが、本研究では絶対的な水面標高の予測精度を議論した。アマゾン川を対象にケース・スタディを行い、開発した全級河川モデルは衛星高度計と直接比較が可能な精度で絶対的な水面標高を予測可能であることがわかった。また、水面標高に駆動されているアマゾン川の内陸部における潮汐変動の再現にも成功し、モデル内部においても水面標高が変動するメカニズムが適切に表現されていることを確かめた。(3)また、ECMWFと協力してモデルの高速化に取組んだ。ここでは配列の1次元化およびMPIとOpenMPを用いた並列化にを行うことで、シミュレーションに必要な時間を従来の10分の1まで短縮することができた。モデルの高速化により、高度なパラメータ調整やアンサンブル計算が可能になった。

今年，我们将重点关注（1）卫星DEM的误差分析和校正，以提高使用全球河流模型进行水动力学模拟的准确性，（2）使用全球河流模型验证水面高程的可预测性，以及（ 3）计算代码的并行化提高了模拟速度。 (1)卫星DEM存在多种误差，无法直接应用于水动力学模拟。在这项研究中，我们开发了一种新算法，可以消除阻碍水流的凹坑，同时参考显示河道位置的表面流向数据，从而满足“水流连续性”和“真实高程”。通过使用洪水分析模型进行实际计算，我们发现修改模型以表示连接河道和洪泛区的狭窄河道对于水动力学模拟的准确性非常重要。 (2) 迄今为止，全球河流模型的重点是再现河流流速、水深和淹没区域，但在本研究中，我们讨论了绝对水面高程的预测精度。以亚马逊河为例，发现所开发的全类别河流模型可以预测绝对水面高程，其精度可直接与卫星高度计相媲美。我们还成功地再现了亚马逊河内陆部分由水面高程驱动的潮汐波动，并证实了水面高程波动的机制在模型中得到了适当的表达。 (3)我们还与ECMWF合作来加速模型。通过将数组变为一维并使用 MPI 和 OpenMP 对其进行并行化，我们能够将仿真所需的时间减少到传统时间的十分之一。加速模型使得执行高级参数调整和集成计算成为可能。