基于EnKS和SWAT模型的闽江流域径流数据同化

来源：水资源与水工程学报杂志2023年第4期北京时间：

作者：项勇，陈芸芝，唐丽芳，汪小钦

单位：（1.福州大学数字中国研究院福建,2.福州大学空间数据挖掘和信息共享教育部重点实验室,3.福建省水土保持实验站

摘要：地表水文过程中观测变量对状态变量的响应存在时间滞后性，为提高径流数据同化的精度，以闽江流域为研究区，基于集合卡尔曼平滑器（EnKS）和SWAT模型，构建径流数据同化方案，并与集合卡尔曼滤波（EnKF）方法进行对比，评价不同同化模型的精度，分析数据同化对不同径流分量的影响。结果表明：EnKS最优时间窗口长度在不同水文周期、流域存在差异；考虑水文模型的时间滞后性可以有效提高模型的同化精度，对比EnKF方法，EnKS方法的纳什效率系数(NSE)在七里街、沙县、竹岐3个站点上分别提升了0.03、0.12、0.03，均方根误差(RMSE)分别减小了7.43%、26.81%、4.25%；数据同化方法对不同径流分量的改进程度存在空间异质性和时间异质性，在高渗透率土壤和陡坡区域EnKS方法能使壤中流获得更显著的改进，丰水期EnKS方法对地表径流的改进较枯水期更明显。

关键词：地表水文过程中观测变量对状态变量的响应存在时间滞后性，为提高径流数据同化的精度，以闽江流域为研究区，基于集合卡尔曼平滑器（EnKS）和SWAT模型，构建径流数据同化方案，并与集合卡尔曼滤波（EnKF）方法进行对比，评价不同同化模型的精度，分析数据同化对不同径流分量的影响。结果表明：EnKS最优时间窗口长度在不同水文周期、流域存在差异,考虑水文模型的时间滞后性可以有效提高模型的同化精度，对比EnKF方法，EnKS方法的纳什效率系数(NSE)在七里街、沙县、竹岐3个站点上分别提升了0.03、0.12

基金资助：中国科学院战略性先导科技专项子课题（XDA23100503）；福建省水利科技项目（MSK202210、MSK202214）