Чувствительность моделей речного стока к факторам среды и ее количественная оценка
Автор: Кирста Юрий Богданович
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Водные ресурсы
Статья в выпуске: 6-1 т.17, 2015 года.
Бесплатный доступ
Предложены новые методы оценки чувствительности моделей речного стока к естественным вариациям факторов среды и компонентного анализа дисперсии их невязки. На примере имитационной модели стока горных рек, построенной с помощью системно-аналитического моделирования, рассчитана ее чувствительность к указанным факторам. Чувствительность понижается в ряде осадки - температуры воздуха - ландшафтная структура, составляя 22-8-6 объясненных процентов у дисперсии наблюдаемых стоков. Рассчитаны все компоненты дисперсии невязки, в том числе компонент, определяемый погрешностью самих уравнений модели. Последний не превышает 34% дисперсии наблюдаемых стоков. Такая погрешность расчетов соответствует критерию Нэша-Сатклиффа NSE=0,66 и означает хорошее качество модели.
Системно-аналитическое моделирование, чувствительность модели, факторы среды, дисперсия невязки, речной сток
Короткий адрес: https://sciup.org/148204259
IDR: 148204259 | УДК: [556.51+911.5]:519.85
Sensitivity of river flow models to environmental factors and its quantitative assessment
New methods (a) to assess the sensitivity of river runoff models to natural variations of environmental factors and (b) to analyze the components of their residual variance are proposed. Using a simulation model of mountain river flow, built with the help of system-analytical modeling, the sensitivity to the factors mentioned is calculated. The sensitivity decreases in the precipitation - air temperature - landscape structure series, comprising 22-8-6 explained percent of the observed runoff variance. Every component of the residual variance, including that formed by error of the model equations themselves, is evaluated. The latter does not exceed 34% of the observed runoff variance. Such calculation error meets the Nash-Sutcliffe efficiency NSE=0,66 and means a good model performance.
Список литературы Чувствительность моделей речного стока к факторам среды и ее количественная оценка
- Hamby, D.M. A review of techniques for parameter sensitivity analysis of environmental models//Environmental Monitoring and Assessment. 1994. Vol. 32(2). P. 135-154.
- Chan, K. Sensitivity analysis of model output: variance-based methods make the difference/K. Chan, A. Saltelli, S. Tarantola//Proceedings of the Winter Simulation Conference. -Atlanta, Ga, USA, 1997. P. 261-268.
- Hanson, K.M., Hemez, F.M. (Eds.). Proceedings of the 4th International Conference on Sensitivity Analysis of Model Output (SAMO 2004). Santa Fe, New Mexico March 8-11, 2004. Internet: https://library. lanl.gov/ccw/samo2004/
- Loucks, D.P. and van Beek, E. with contributions from Stedinger J.R, Dijkman, J.P.M., Villars, M.T. Water Resources Systems. Planning and Management. An Introduction to Methods, Models and Applications. -Paris: UNESCO Publishing, 2005. 680 p.
- Fassò, A. Sensitivity Analysis for Environmental Models and Monitoring Networks. In: Voinov, A, Jakeman, A.J., Rizzoli, A.E. (Eds.). Proceedings of the iEMSs Third Biennial Meeting: "Summit on Environmental Modelling and Software". International Environmental Modelling and Software Society. -Burlington, USA, July 2006. 6 p. http://www.iemss.org/iemss2006/papers/s7/268_Fasso_0.pdf
- Saltelli, A. Global Sensitivity Analysis: The Primer/A. Saltelli, M. Ratto, T. Andres et al. -Chichester, England: John Wiley & Sons, 2008. 304 p.
- Faivre, R. Analyse de sensibilite et exploration de modeles. Applications aux modeles environnementaux/B. Iooss, S. Mahevas. -Editions Quae, 2013. 352 p.
- Skahill, B. E. Practice driven and state-of-the-art methods to quantify hydrologic model uncertainty. ERDC/CHL CHETN-IV-87. -Vicksburg, MS, U.S.: Army Engineer Research and Development Center, 2013. 19 p.
- Iooss, B. A review on global sensitivity analysis methods/B. Iooss, P. Lemaitre. In: Uncertainty management in Simulation-Optimization of Complex Systems: Algorithms and Applications, C. Meloni and G. Dellino (Eds.). -Springer US, 2015. 264 p.
- Song, X. Global sensitivity analysis in hydrological modeling: Review of concepts, methods, theoretical framework, and applications/X. Song, J. Zhang, C. Zhan et al.//Journal of Hydrology. 2015. Vol. 523. P. 739-757.
- Кирста, Ю.Б. Имитационная математическая модель стока средних и малых рек для горных территорий/Ю.Б. Кирста, А.В. Пузанов, О.В. Ловцкая и др.//Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т.14. №1(9). С. 2334-2342.
- Севастьянов, В.В. Климат высокогорных районов Алтая и Саян. -Томск: Издательство томского университета, 1998. 201 с.
- Кирста, Ю.Б. Типизация ландшафтов для оценки речного стока в Алтае-Саянской горной стране/Ю.Б. Кирста, Л.Ф. Лубенец, Д.В. Черных//Устойчивое развитие горных территорий. 2011. №2(8). С. 51-56.
- Кирста, Ю.Б. Пространственное обобщение климатических характеристик для горных территорий//Мир науки, культуры, образования. 2011. № 3 (28). С. 330-337.
- Kirsta, Yu.B. System-analytical modelling -Part I: General principles and theoretically best accuracies of ecological models. Soil-moisture exchange in agroecosystems//Ecol. Modelling. 2006. Vol. 191. P. 315-330.
- Кирста, Ю.Б. Информационно-физический закон построения эволюционных систем. Системно-аналитическое моделирование экосистем/Ю.Б. Кирста, Б.Ю. Кирста. -Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2014. 283 с.
- Moriasi, D.N. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulation/D.N. Moriasi, J.G. Arnold, M.W. Van Liew et al.//Transactions of the ASABE. 2007. V. 50(3). P. 885-900.
- Koch,·M. SWAT-modeling of the impact of future climate change on the hydrology and the water resources in the upper blue Nile river basin, Ethiopia/M. Koch,·N. Cherie//In: Proceedings of the 6-th International Conference on Water Resources and Environment Research, ICWRER 2013. Koblenz, Germany, June 3-7, 2013. P. 428-523.
- Селегей, В.В. Телецкое озеро/В.В. Селегей, Т.С. Селегей. -Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 143 с.
- Миркин, Б.М. Фитоценология. Принципы и методы/Б.М. Миркин, Г.С. Розенберг. -М.: Наука, 1978. 211 с.
- Рейфер, А.Б. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам/А.Б. Рейфер, М.И. Алексеенко, П.Н. Бурцев и др. -Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1970. 372 с.
