[发明专利]基于建模框架的生态水文模型构建与参数模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及水文测量领域，尤其是基于建模框架的生态水文模型构建与参数模拟方法。

背景技术

现有集成建模框架对模型的管理和开发能力不足，而且面向的对象不明确，缺乏数据、方法、模型、可视化等方面的有机耦合，给模型构建、运行、评价和应用带了诸多不便，此外，集成建模环境还缺乏对高性能计算的支持，运行效率低。随着观测技术、计算机技术、网络技术和高性能计算的发展，最大限度地利用信息科技，建立一个充分利用信息技术和科学积累的流域集成建模环境是十分必要和迫切的。流域模拟研究中也出现了一些新的发展趋势。

(1)建模环境成为地学模拟研究的趋势

随着水文、生态等各个独立学科研究的逐步深入，将各个要素有机整合开展研究成为流域科学发展的趋势，流域模拟研究领域逐步朝模型集成研究发展，建模框架成为支撑模型集成的主要环境。集成建模框架的引入将有利于现有模型资源的组织管理，方便研究人员的获取模型元信息，在开展模型应用研究的同时，提供模型构建支持，避免冗余开发，节约成本和资源。集成建模框架同时也为模型资源的模块化管理，形成统一的模型和模块规范，研究人员可对模块进行修改、组合、重构，并通过模块之间的耦合构建新模型、改进模型，形成新的模型应用，实现模型和模块的重用和共享。集成建模框架将成为快速模型构建的重要技术手段和支撑环境，国际上的集成建模环境研究发展迅速，已开发了诸如SME、MMS、OpenMI等数十个建模框架，正在成为模型综合集成研究的主要环境。

(2)高性能计算在模型研究以及参数模拟中的应用

高性能计算已被公认为继理论和实验科学之后，人类认识世界的第三大科学研究方法，是科技创新的重要手段。高性能计算逐渐从大气科学、遥感、地质等学科开始向各个学科渗透，尤其是在气候、生态、水文、土壤等对象为一体的流域综合研究中，高性能计算可以为流域的模型综合模拟研究、参数优化、大数据分析、可视化分析提供强有力的计算支持，已经成为流域综合管理和流域复杂问题的模拟研究不可或缺的重要环境。高性能计算在支持将成为促进流域科学的发展和创新的重要平台。

(3)模型的不确定分析、参数模拟、优化以及数据反演成为需要迫切解决的问题驱动数据、参数、模型结构等方面误差，共同作用导致了模型的不确定，因此，须对作为科研成果与管理决策信息来源的模拟结果进行不确定分析。模型对数据和参数高度依赖，特别是分布式流域模型，这对数据资料相对匮乏的我国，尤其是数据和参数更难获得西部地区，进行参数模拟、参数评估与数据反演非常必要。

(4)流域综合研究的一体化和决策支持发展的必然趋势

流域的研究，需要多学科多领域的协同合作，细化每个过程和对象，然后综合集成研究，形成多学科交叉整体优势。随着水文、生态等各个独立学科研究的逐步深入，将各个要素联系起来进行研究和管理成为流域科学发展的趋势，也亟待一种集成多源数据库(实时观测)、资料知识库、方法库、模型库以及管理决策系统为一体的高效的综合性集成环境来支持。需要一个通过提供构建生态-水文模型核心模块来支持模型构建的集成建模框架。

基于建模框架的生态－水文模型构建与参数模拟简介：具有对生态、水文模型的管理与开发能力。是具有普适性的集成建模框架，适用生态、水文领域内模型的集成，对生态、水文类模型具有整体模型运行，模型模块化管理，模型数据管理、模块间耦合及可视化。

随着水文、生态等各个独立学科研究的逐步深入，将各个要素有机整合开展研究成为流域科学发展的趋势，流域模拟研究领域逐步朝模型集成研究发展，建模框架成为支撑模型集成的主要环境。集成建模框架的研发将有利于现有模型资源的组织管理，方便研究人员获取模型信息，在开展模型应用研究的同时，提供模型构建支持，避免冗余开发，节约成本和资源。集成建模框架同时也为模型资源的模块化管理，形成统一的模型和模块规范，研究人员可对模块进行修改、组合、重构，并通过模块之间的耦合构建新模型、改进模型，形成新的模型应用，实现模型和模块的重用和共享。

建模框架将数据、参数和模型组装在一起，优选参数化方案和集成多个模型，以解决多学科集成和资源合理利用的问题。建模框架实现模型、数据、参数在研究人员间的共享和协作，形成数据、模拟计算和可视化的重要平台。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供基于建模框架的生态水文模型构建与参数模拟方法