ارزیابی مدل COUP برای شبیه‌سازی عمق نفوذ یخبندان خاک در ایستگاه سینوپتیک بیجار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای هواشناسی کشاورزی، گروه آبیاری و آّبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران

3 استاد گروه آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

این تحقیق با هدف ارزیابی مدل COUP برای شبیه­سازی عمق نفوذ یخبندان خاک در ایستگاه سینوپتیک بیجار به ­انجام رسیده است. ابتدا با مبنا قرار دادن مقدار پیش­فرض پارامترها مدل اجرا شد. سپس 30 پارامتر مدل که ارتباط نزدیکی با عمق نفوذ یخبندان خاک داشتند انتخاب شدند و با به­کارگیری روش برآورد عدم قطعیت درست نمایی تعمیم یافته (GLUE)، مدل مورد واسنجی قرار گرفت و شبیه­سازی­های آن برای دو حالت قبل و بعد از واسنجی مورد مقایسه قرار گرفتند. بازه­های زمانی 1992 تا 2006 و 2007 تا 2009 به ­ترتیب برای انجام واسنجی و اعتبارسنجی مدل در نظر گرفته شدند. با مقایسه شبیه­سازی­های مدل با داده­های اندازه­گیری­شده برای دمای خاک در عمق­های 20 و 50 سانتی­متری از سطح خاک و عمق نفوذ یخبندان خاک برای دو حالت قبل و بعد از واسنجی مشاهده شد که عملکرد مدل پس از اعمال واسنجی به میزان قابل توجهی بهبود یافته است. نتایج حاصل از اعتبارسنجی مدل نشان داد که در بیشتر موارد تطابق قابل قبولی بین داده‌های اندازه­گیری ­شده و شبیه­سازی ­شده وجود داشته و مدل توانسته است روند تغییرات داده­های مشاهداتی را دنبال کند. با این وجود، تفاوت­هایی بین داده­های اندازه­گیری­ و شبیه­سازی­ شده وجود داشت، که بخشی از آنها به دخالت ندادن داده­های رطوبت خاک در فرآیند واسنجی مدل و بخشی دیگر به وجود عدم قطعیت­ در ساختار مدل و معادلات حاکم بر آن نسبت داده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of COUP Model for simulation of soil frost depth at Bijar synoptic station

نویسندگان [English]

  • Y. khoshkhoo 1
  • P. Irannejad 2
  • A. Khalili 3
  • H. Rahimi 3
  • A. Liaghat 3
1 Irrigation and Reclamation Engineering Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Irrigation and Reclamation Engineering Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
چکیده [English]

The aim of this research was the evaluation of COUP Model for simulation of soil frost depth at Bijar synoptic station. The simulations were first carried out based on the default parameter values. Afterwards, 30 parameters that had a close relationship with soil frost depth were selected and calibration of the model was performed with adopting Generalized Likelihood Uncertainty Estimation (GLUE) method and simulations of the model for before and after calibration cases were compared. The periods of 1992-2006 and 2007-2009 were selected for model calibration and validation, respectively. On the basis of comparisons between model simulations and observations for soil temperatures at 20 and 50 cm depths and soil frost depth for before and after calibration, the results showed dramatically better performance after calibration compared with before that. The results of model validation showed a good correspondence between simulations and observations at more cases and the model simulations were able to follow observation fluctuations. However, some differences were available between simulations and observations. Some parts of differences are attributed to non-contribution of soil moisture data at calibration procedure and the other parts were attributed to uncertainties in model structure and its governing equations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bijar station
  • COUP Model
  • GLUE Method
  • Soil frost depth

نوروزولاشدی، ر.، قهرمان، ن.، ایران نژاد، پ. 1391. ارزیابی مدل شبیه سازی (COUP) جهت برآورد رطوبت و دمای خاک با پوشش گیاهی ذرت و خاک بدون پوشش. دوفصلنامه پژوهش‌های خاک (علوم خاک و آب)، 26(1): 55-66.

Beven, K. J., Binley, A. M. 1992. The Future of Distributed Models, Model Calibration and Uncertainty Prediction, Hydrol., Processes, 6(3): 279-298

Blasone, R. S., Vrugt, J. A., Madsen, H., Rosbjerg, D. R., Bruce A.,  Zyvoloski, G. A. 2008. Generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) using adaptive Markov Chain Monte Carlo sampling. Advances in Water Resour., 31: 630-648.

Cary, J. W., Campbell, G. S., Papendick, R. I. 1978. Is the soil frozen or not? An algorithm using weather records. Water Resour. Res, 14(6): 1117-1122.

DeGaetano, A. T., Wilks, D. S. 2002. Extreme-value climatology of maximum soil freezing depths in contiguous United States. J. Cold Regions Eng., 16: 51-71.

Gustafsson, D., Lewan, E., Jansson, P. E. 2004. Modeling water and heat balance of the Boreal landscape-comparison of forest and arable land in Scandinavia. J. Appl. Meteorol., 43: 1750-1767.

Hillel, D. 1998. Introduction to Environmental Soil Physics, London. Elsevier Academic Press.

Jansson P. E., Karlberg, L. 2001. Coupled heat and mass transfer model for soil-plant-atmosphere systems. Dept. Of Land and Water Resource Engineering, Royal Inst. of Technology, Stockholm. 321 p.

Juston, J. 2010. Water and Carbon Balance Modeling. Methods of Uncertainty Analysis. Licentiate Thesis in Land and Water Resources Engineering. KTH University, Stockholm, Sweden.

Mellander, P. E., Laudon, H., Bishop, K . 2005. Modelling variability of snow depth sand soil temperatures in Scots pine stands. J. Agric. For. Meteorol, 133: 109-118

Sihong, Xu. 2011. Impact of cold climate on boreal ecosystem processes-exploring data and model uncertainties. Doctoral thesis in land and water resources engineering, KTH University, Stockholm, Sweden.

Stedinger, J. R., Vogel, R. M., Lee, S. U., Batchelder, R. 2008. Appraisal of the generalized likelihood uncertainty estimation (GLUE) method, Water Resour. Res., 44:1-17.

Xarpell, L. G., Koivusalo, H., Laurén, A., Repo, T. 2010. Simulation of soil temperature and moisture under different snow and frost conditions with Coup model. Working Papers of the Finnish Forest Research Institute 163.

Zhou, Y., Guo, D. 2000. The zonal and regional conditions for development of frozen ground. Science Press of China, Beijing.