Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 29-41
Моделирование пространственного распределения снегозапасов на крупном водосборе с применением спутниковой информации
С.В. Пьянков
1 , А.Н. Шихов
1 1 Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
Одобрена к печати: 24.08.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-6-29-41
Предложена и протестирована на материалах трех зимних сезонов (2012−2015 гг.) методика оценки влагозапасов снега, основанная на комбинировании данных наземных, спутниковых наблюдений и краткосрочных прогнозов осадков по мезомасштабной модели атмосферы WRF. Для расчета интенсивности снеготаяния и испарения снежного покрова использованы спутниковые данные о подстилающей поверхности (актуальная карта типов растительности и листовой индекс LAI), что позволяет объективно учитывать влияние ландшафтных условий на эти процессы. Реализация расчетов средствами ГИС-технологий обеспечивает получение реалистичных карт распределения снегозапасов с высоким пространственным разрешением. Валидация результатов моделирования выполнена путем сопоставления фактических и расчетных снегозапасов, а также площади заснеженности исследуемого водосбора. Площадь заснеженности оценивалась по спутниковым данным MODIS. Алгоритм определения заснеженности по данным MODIS (ATBD-MOD10) был адаптирован к условиям изучаемого водосбора, в результате чего удалось устранить ошибки, возникающие при создании маски снега на залесенные территории. В целом предложенная методика обеспечивает удовлетворительные результаты расчета максимальных снегозапасов. В период весеннего снеготаяния точность несколько снижается, причем площадь заснеженности водосбора воспроизводится с более высокой достоверностью, чем запас воды в снеге. Расхождения расчетного и фактического снегозапаса обусловлены как завышением количества осадков по модели WRF–ARW, так и нерепрезентативностью данных снегомерных съемок.
Ключевые слова: снежный покров, снегонакопление, снеготаяние, влагозапасы снега, модель WRF, данные MODIS
Полный текстСписок литературы:
- Бураков Д.А., Гордеев И.Н., Ромасько В.Ю. Использование спутниковой информации для оценки динамики снегового покрытия в гидролого-математической модели стока весеннего половодья на примере бассейна Саяно-Шушенской ГЭС // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7. №. 2. С. 113–121.
- «Внедрить автоматизированные технологии расчета притока воды в водохранилища Сибирских ГЭС на основе наземной и спутниковой информации среднего разрешения. Разработать методики прогноза максимальных уровней воды на затороопасных участках рек Сибири». Отчет о НИР Росгидромета. Отв. исполнитель Д.А. Бураков. Красноярск, 2007. 138 с.
- Гордеев И.Н. Расчет динамики альбедо снежного покрова в период снеготаяния в бассейне реки Енисей // Криосфера Земли. 2013. Т. XVII. № 1. С. 47–50.
- Калинин В.Г., Пьянков С.В. Гидрологическая геоинформационная система «Бассейн Воткинского водохранилища» // Метеорология и гидрология. 2002. № 5. С. 95–100.
- Калинин Н.А., Шихов А.Н., Свиязов Е.М. Моделирование процессов снегонакопления и снеготаяния на водосборе Воткинского водохранилища с использованием модели WRF–ARW // Метеорология и гидрология. 2015. № 11. С. 57–68.
- Карпечко Ю.В., Бондарик Н.Л. Гидрологическая роль лесохозяйственных и лесопромышленных работ в таежной зоне Европейского Севера России. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2010. 225 с.
- Кузьмин П.П. Процесс таяния снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1961. 346 с.
- Носенко А.А., Долгих Н.А., Носенко Г.А. Снежный покров центра Европейской части России по данным AMSR-E и SSM/I // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006. Т. 3. №. 1. С. 296–301.
- Пьянков С.В., Шихов А.Н. Опасные гидрометеорологические явления: режим, мониторинг, прогноз. Перм. гос. нац. иссл. ун–т. Пермь: Изд–во ООО «Раритет–Пермь», 2014. 296 с.
- Шутов В.А. Методы анализа разномасштабной пространственной изменчивости снегозапасов // Известия РАН. Серия геогр. 1998. № 1. С. 122–132.
- Шутов В.А., Калюжный И.Л. Анализ пространственного распределения зимних осадков и снегозапасов в бассейне р. Белой // Метеорология и гидрология. 1997. № 1. С. 105–114.
- Шихов А.Н., Свиязов Е.М. Оценка сумм осадков за холодный период на Западном Урале с помощью модели WRF // Географический вестник. 2015. № 3. С. 67–74.
- Hall D.K., Riggs G.A., Salomonson V.V. Algorithm Theoretical Basis Document for the MODIS Snow and Sea Ice-Mapping Algorithms. 2001. 45 p.
- Kuchment L.S., Gelfan A.N., Demidov V.N. A distributed model of runoff generation in the permafrost regions // Journal of Hydrology. 2000. Vol. 240. No. 1–2. P. 1–22.
- Kuchment L.S., Romanov Р.Yu., Gelfan А.N., Demidov V.N. Use of satellite-derived data for characterization of snow cover and simulation of snowmelt runoff through a distributed physically based model of runoff generation // Hydrology and Earth system science. 2010. Vol. 14. No. 2. P. 339–350.
- Melloh R.A., Hardy J.P., Bailey R.N, Hall T.J. An efficient snow albedo model for the open and sub-canopy // Hydrological Processes. 2002. Vol. 16. No. 18. P. 3571–3584.
- Myneni R.B., Hoffman S., Knyazikhin Y., Privette J.L., Glassy J., Tian Y., Wang Y., Song X., Zhang Y., Smith G.R., Lotsch A., Friedl M., Morisette J.T., Votava P., Nemani R.R., Running S.W. Global products of vegetation leaf area and fraction absorbed PAR from year one of MODIS data // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 83. No. 1–2. P. 214–231.
- Pomeroy J.W., Gray D.M., Shook K.R., Toth B., Essery R.L., Pietroniro A., Hedstrom N. An evaluation of snow accumulation and ablation processes for land surface modelling // Hydrological Processes. 1998. Vol. 12. No. 15. P. 2339–2367.
- Tarboton D.G., Luce C.H. Utah energy balance snow accumulation and melt model (UEB): Computer model technical description and user’s guide. Utah Water Research Laboratory and USDA Forest Service Intermountain Research Station, Logan, Utah. 1996. 64 p.
- Verbunt M, Zappa M, Gurtz J, Kaufmann P. Verification of a coupled hydrometeorological modelling approach for alpine tributaries in the Rhine basin // Journal of Hydrology. 2006. Vol. 324. No. 1–4. P. 224–238.
- Wilson, J.P., Gallant, J.C. (Eds.). Terrain analysis ‒ principles and applications. New York: John Wiley & Sons, 2000. 520 pp.
- Zhao Q., Liu Z., Ye B., Qin Y., Wei Z., Fang S. A snowmelt runoff forecasting model coupling WRF and DHSVM // Hydrology and Earth Systems sciences. 2009. Vol. 13. No. 10. P. 1897–1906.