ارزیابی عملکرد داده‌های باز تحلیل شده پایگاه‌های اقلیمی جهانی CRU و NCEP CFSR در شبیه سازی‌ هیدرولوژیکی مدل SWAT ، مطالعه موردی: حوضه آبریز مهارلو

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد /مهندسی منابع آب، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استادیار/ گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 استادیار/گروه مهندسی منابع آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.

چکیده

مدل سازی‌ هیدرولوژیکی نیاز به داده‌های اقلیمی با دقت بالای مکانی، به ویژه در نقاط کم بارش که معمولا شبکه مشاهداتی خوبی در سطح کشور احداث نشده است، دارد. امروزه مشکلات کمبود داده‌های مشاهداتی اقلیمی را می‌توان با به کارگیری پایگاه‌های جهانی شبکه بندی شده تا حدودی رفع نمود. پایگاه‌های CRU و NCEP CFSR از جمله معتبرترین پایگاه‌های بازتحلیل شده‌ای هستند که در این پژوهش با استفاده از مدل SWAT در حوضه دریاچه مهارلو مورد ارزیابی قرار گرفتند. پس از مقایسه شاخص‌های آماری این دو پایگاه با داده‌های مشاهداتی در طی 33 سال (از سال 1980 تا 2013) که شاخص کارایی نش ساتکلیف دقت داده‌های بارش این دو پایگاه را در مقیاس ماهانه به طور متوسط حدود 91/0 نشان داد، مدل سازی با SWAT برای هر 3 پایگاه داده مختلف انجام شد. نتایج مدل سازی نشان داد هردو پایگاه داده در کنار مقادیر مشاهداتی دقت بالایی در مدل بارش-رواناب دارند، که در این بین پایگاه CRU بهتر از پایگاه NCEP CFSR توانست رواناب سطحی را شبیه سازی کند. ضرایب تبیین و کارایی نش ساتکلیف در هر دوره واسنجی و اعتبارسنجی برای داده‌های مشاهداتی به طور متوسط مقادیر 0/70، برای پایگاه CRU 0/65 و برای NCEP CFSR 0/60 را ارائه دادند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluating the performance of CRU and NCEP CFSR global reanalysis climate datasets, in hydrological simulation by SWAT model, Case Study: Maharlu basin

نویسندگان [English]

  • M.R. Eini 1
  • S. Javadi 2
  • M. Delavar 3
1 M.Sc. Student in Water Resources Engineering, Department of Irrigation and Drainage Engineering, College of Aburaihan, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Irrigation and Drainage Engineering, College of Aburaihan, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of Irrigation and Drainage Engineering, College of Aburaihan, University of Tehran, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Hydrological modeling needs climate data with high spatially accuracy, especially in low-rainfall areas, which usually there is a no-good observational network throughout the country. Currently, the problems of lack in climate observational data can be solved somewhat with using gridded global databases. CRU and NCEP CFSR databases, including the most prestigious gridded databases, which in this study were evaluated by using SWAT model for Maharlu Lake basin. After statistical index comparisons in 33 years (1980 -2013), which Nash Sutcliffe efficiency showed the accuracy approximately 0.91 in monthly scale, modeling was conducted by SWAT for different three datasets. The modeling results showed that both of two databases beside the observation values could have high accuracy in rainfall runoff modeling which CRU database indicated better runoff simulation toward NCEP CFSR database. Coefficients of determination and Nash Sutcliffe efficiency in each calibration and validation periods represented average values above 0.7 for observed datasets, 0.65 for CRU and 0.6 for NCEP CFSR.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Maharlu lake basin
  • Rainfall runoff
  • Reanalysis databases
  • SWAT model

Adjei KA, Ren L, Appiah AEK, Odai SN (2015) Application of satellite-derived rainfall for hydrological modelling in the data-scarce black volta trans-boundary basin. Hydrology Research, 46(5):777-91

Arnold JG, Moriasi DN, Gassman PW, Abbaspour KC, White MJ, Srinivasan R (2012) SWAT: model use, calibration, and validation. Trans ASABE, 55(4):1491-508

Auerbach DA, Easton ZM, Walter MT, Flecker AS, Fuka DR (2016) Evaluating weather observations and the climate forecast system reanalysis as inputs for hydrologic modelling in the tropics. Hydrol Processes, 30(19):3466-77

Bressiani DA, Srinivasan R, Jones CA, Mendiondo E M (2015) Effects of spatial and temporal weather data resolutions on streamflow modeling of a semi-arid basin, northeast brazil. International journal of agricultural and biological engineering, 8(3):125-139

Casse C, Gosset M, Peugeot C, Pedinotti V, Boone A, Tanimoun BA (2015) Potential of satellite rainfall products to predict niger river flood events in niamey. Atmospheric Research, 163:162-76

Darand M, Zand Karimi S (2016) Evaluation of the accuracy of the Global Orecipitation Climatology Center (gpcc) data over iran. Journal of Iran Geophysical, 103:95-113 (In Persian)

Dile YT, Srinivasan R (2014) Evaluation of cfsr climate data for hydrologic prediction in data-scarce watersheds: an application in the blue nile river basin. Journal of the American Water Resources Association, 50(5):1226-41

Fekete BM, Vörösmarty CJ, Roads JO, Willmott CJ (2004) Uncertainties in precipitation and their impacts on runoff estimates. Journal of Climate, 17(2):294-304

Fuka DR, Walter MT, MacAlister C, Degaetano AT, Steenhuis TS, Easton ZM (2014) Using the climate forecast system reanalysis as weather input data for watershed models. Hydrol Processes, 28(22):5613-23

Gosset M, Viarre J, Quantin G, Alcoba M (2013) Evaluation of several rainfall products used for hydrological applications over west Africa using two high-resolution gauge networks. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 139(673):923-40

Grusson Y, Anctil F, Sauvage S, Sánchez Pérez J (2017) Testing the swat model with gridded weather data of different spatial resolutions. Water, 9(1):54

Haji Hosseini H, Haji Hosseini MR, Morid S, Delavar M (2013) Assessment of changes in hydro-meteorological variables upstream of Helmand basin during the last century using cru data and swat model. Iran-Water Resources Research, 10(3):38-52 (In Persian)

Higgins RW, Kousky VE, Silva VBS, Becker E, Xie P (2010) Intercomparison of daily precipitation statistics over the united states in observations and in ncep reanalysis products. Journal of Climate, 23(17):4637-50

Monteiro JAF, Strauch M, Srinivasan R, Abbaspour K, Gücker B (2016) Accuracy of grid precipitation data for Brazil: application in river discharge modelling of the Tocantins catchment. Hydrological Processes, 30(9):1419-30

Neitsch SL, Arnold JG, Kiniry JR, Srenivasan R, Williams JR (2011) Soil and water assessment tool theoretical documentation. Texas Water Resources Institute Technical Report, No 406, 647p

Nkiaka E, Nawaz N, Lovett JC (2017) Evaluating global reanalysis datasets as input for hydrological modelling in the Sudano-Sahel region. Hydrology, 4(1):13

Piani C, Weedon GP, Best M, Gomes SM, Viterbo P, Hagemann S (2010) Statistical bias correction of global simulated daily precipitation and temperature for the application of hydrological models. Journal of Hydrology, 395(3):199-215

Seyyedi H, Anagnostou E, Beighley E, McCollum J (2014) Satellite-driven downscaling of global reanalysis precipitation products for hydrological applications. Hydrology and Earth System Sciences, 18(12):5077

Sperna WFC, Vrugt JA, Beek RPH, Weerts AH, Bierkens MFP (2015) Significant uncertainty in global scale hydrological modeling from precipitation data errors. Journal of Hydrology, 529:1095-115

Thiemig V, Rojas R, Zambrano-Bigiarini M, De Roo A (2013) Hydrological evaluation of satellite-based rainfall estimates over the Volta and Baro-Akobo basin. Journal of Hydrology, 499:324-38