نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا
2 گروه فیزیک فضا، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction
Land Surface parameterization Schemes (LSS) play an important role in both general circulation models and regional weather prediction models. A Land surface scheme generally solves the surface energy balance equation to compute the partitioning of the available surface net radiation into sensible and latent heat fluxes, and the surface water balance equation to compute the partitioning of precipitation into evaporation, runoff and the change in the soil moisture storage. Runoff is an important component of the water cycle whose estimation is very difficult because of its strong spatial and temporal variability. In land surface schemes, runoff is usually represented as the sum of the surface runoff and subsurface runoff. Surface runoff occurs due to saturation excess (Dunn Mechanism) and infiltration excess (Horton Mechanism) flows. Subsurface runoff occurs when water enters into the soil and reaches to an impermeable layer or a layer with low permeability. Then, the water flows along the slope under the surface. A coarse-resolution land surface scheme cannot explicitly model the complexities of runoff generation in the model grid square. Instead, it represents the major processes via sub-grid scale parameterizations. A popular solution involves the use of probability distribution functions (pdf) to represent sub-grid scale variability.
Materials and Methods
In this paper, two types of runoff parameterizations in NOAH land surface scheme coupled in the Weather and Research Forecasting model (WRF) are examined. The default WRF-NOAH parameterizes surface runoff based on the pdf of soil infiltration and subsurface runoff based on the gravity drainage from the lowest layer of the soil model. We have modified the runoff parameterization of NOAH by following the philosophy used in the simplified TOPMODEL, in which surface runoff is parameterized using the pdf of the topographic index and subsurface runoff is defined by applying a simple groundwater model to the lowest layer of the soil model. To obtain low resolution topographic index, the downscaling method of Pradhan et al. is used. To calculate the river discharge the Total Runoff Integrating Pathway (TRIP) is coupled with the land surface scheme. In this study, only the treatment of runoff in the model is considered, hence some of the errors in simulations can be the result of deficiencies in the parameterization of other process, such as precipitation. In this paper, the Karoon River is divided into three sub-basins including Farsiat, Harmaleh and Soosan located in the south, west and east of the Karoon respectively by using ARCGIS and ARCHYDRO softwares. The WRF model was run in a one-way method, consisted of two domains. The simulations are conducted for the winter 2006 with 5×5 km grid spacing over an internal domain having 108×114 grid points along latitude and longitude, respectively, and with 15×15 km grid spacing over the parent domain having 69×69 grid points along latitude and longitude and centered at 50◦E and 32◦N. The initial and boundary conditions are derived from the GFS data. The river discharge calculated from WRF-NOAH and WRF-NOAHSIM simulated runoff and routed using TRIP model for three sub-basins of Karoon River is compared with the observed discharge in the winter 2006.
Results and discussion
The comparison between the simulated discharge of WRF-NOAH and observed discharge shows that the model generally underestimates total runoff during winter 2006, and that there is large model bias and Mean Absolute Error (MAE) in all the three sub-basins, particularly in Farsiat and Harmaleh. This is due to the great differences between the mean discharge of the coupled model and what observed. The negative efficiency of the model at Harmale shows that NOAH is not successful in simulating runoff; however, the efficiency of the model is positive, but small in the other sub-basins. The daily simulated runoff shows that the modeled peaks that occur due to precipitation were generally too low, and there was little flow during the recession in the studied sub-basins.
The evaluation of stimulated discharge by the two land surface schemes (NOAHSIM, NOAH) coupled in WRF, with observed discharge proves improved runoff simulation by NOAHSIM in all the three sub-basins in the winter 2006. Compared to NOAH, NOAH-SIM simulated discharge has lower bias, smaller mean absolute error, higher model efficiency, higher correlation coefficient and the standard deviation closer to that observed. The daily study of simulated and observed discharge shows that NOAHSIM improves surface runoff parameterization by decreasing the differences from observed peaks of discharge. As the subsurface runoff dominates in most of the study period, improved subsurface runoff parameterization of NOHASIM has greatly reduced errors (bias and MAE) in estimating total runoff. The comparison of water balance in these land surface schemes coupled in WRF shows that NOAHSIM has been able to balance the water budget better than what NOAH does in winter 2006.
Conclusion
The results of the comparison between two types of sub-grid scale surface runoff parameterization in NOAH land surface scheme coupled in WRF represent the superiority of runoff parameterization based on the topographic index to that based on soil infiltration, probably because of the availability of topographic data and the use of objective function for estimating its pdf. The subsurface runoff parameterization by using groundwater model, instead of gravity drainage, has a great impact on the improvement of total runoff simulation. Lower uncertainties in runoff parameterization of NOAH-SIM not only lead to improve discharge simulation but also lead to better water budget balance.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
رواناب از مهمترین مولفههای بخش آبی در طرحوارههای سطح است که شبیهسازی غیر واقعی آن بر شبیهسازی تبخیر و تعرق (Koster & Milly, 1997) و در نتیجه بر تقسیم انرژی در دسترس سطح به شارهای مختلف انرژی تاثیر میگذارد. در طرحوارههای سطح رواناب به رواناب سطحی و زیرسطحی تقسیم میشود. رواناب سطحی در اثر سازوکار‌های اضافی اشباع (سازوکار دان[1]) و اضافی نفوذ (سازوکار هورتون[2]) ایجاد میشود. در سازوکار دان، رواناب ناشی از بارندگی روی خاک اشباع است، در حالیکه در سازوکار هورتون رواناب هنگامی رخ میدهد که شدت بارندگی بیشتر از ظرفیت نفوذ خاک است. رواناب زیرسطحی نیز زمانی رخ میدهد که آب نفوذ کرده در خاک به لایهای از خاک نفوذناپذیر یا با نفوذپذیری کم برسد. در این حالت جریان آب در زیر سطح و در امتداد شیب جاری میشود.
طرحوارههای سطح بهدلیل تفکیک پایین قادر به مدل کردن صریح این فرآیندهای پیچیده حاکم بر ایجاد رواناب کل (بارندگی، رطوبت خاک و توپوگرافی) نیستند. از این رو، برای وارد کردن اثر این فرآیندها در طرحوارههای سطح پارامترهسازی زیرشبکهای[3] برای رواناب سطحی ارائه شده است که اغلب بر پایه توابع چگالی احتمال استوار هستند (Entekhabi & Eagleson, 1989). این توابع چگالی احتمال براساس پارامترهای هواشناختی (مانند بارش: Hahmann, 2003) و یا ویژگیهای سطح شامل ظرفیت نفوذ خاک (Chen & Dudhia, 2001)، ظرفیت ذخیره خاک (Manfreda & Fiorentino, 2008) و شاخصهای توپوگرافی (Steiglitz et al., 1997; Gendy & Cox, 2003; Niu et al., 2005) ارائه میشوند.
در مدلهای مبتنی بر ظرفیت نفوذ خاک، هر لایه خاک دارای ظرفیت نفوذ مشخصی است و رواناب بر اساس تابع توزیع احتمال بیشینه ظرفیت نفوذ خاک محاسبه میشود (مانند مدل VIC: Wood et al., 1992). در مدلهای ظرفیت ذخیره خاک، توزیع ظرفیت ذخیره‌های رطوبت خاک توسط تابع تجمعی محاسبه میشود و ظرفیت‌های بیشینه و کمینه برای هر ذخیره در نظر گرفته میشود (مانند مدل [4]PDM: Moor, 1985; Moor & Bell, 2002). اساس مدلهای تابع توزیع احتمال شاخصهای توپوگرافی، تاپ مدل (Beven & Kirkby, 1979) است. در این مدل بخش اشباع هر سلول شبکه با تابع توزیع احتمال شاخص توپوگرافی معرفی میشود. شاخص توپوگرافی از نظر مفهومی بیانگر این است که چه حجم آبی از بالادست به سلول شبکه وارد میشود و این آب با چه سرعتی در امتداد شیب جاری میشود. در واقع، مشخصه‌های توپوگرافی بهطور صریح در مفهوم شاخص توپوگرافی وارد شده‌اند. در سال‌های اخیر، با توجه به در دسترس بودن دادههای ارتفاعی با تفکیک بالا، پارامترهسازی رواناب سطحی بر اساس دیدگاه شاخص توپوگرافی در طرحوارههای سطح افزایش یافته است (Duchrane et al., 2000; Niu et al., 2005). پرادهان و همکاران (Pradhan et al., 2006) دریافتند که بکاربردن دادههای توپوگرافی با توان تفکیک بالا در محاسبه شاخص توپوگرافی را با روش مقیاس‌کاهی، تبدیل دادهها از مقیاس درشت‌تر به ریزتر، سبب بهبود برآورد رواناب میشود. با توجه به زیاد بودن تعداد پارامترهای تنظیمی در تاپ مدل، نیو و همکاران (Niu et al., 2005&2007) تاپ مدل سادهشده را ارائه کردند که در آن تعداد پارامترهای تنظیمی کاهش یافته است و در محاسبه تابع توزیع احتمال شاخص توپوگرافی، بهجای تابع توزیع گامای سه پارامتری، تابع توزیع تجمعی چگالی شاخص توپوگرافی بکار میرود.
رواناب زیرسطحی در اکثر طرحوارههای سطح یا بر اساس نفوذ گرانشی (Dickinson et al., 1993) و یا بر مبنای نفوذ جانبی در امتداد شیب پارامتره میشد. بهتدریج پارامترهسازی رواناب زیرسطحی بر اساس دیدگاه تاپمدل در مدلهای اقلیمی، یا بهصورت تابع نمایی از کمبود رطوبت کل حوضه رودخانه (Koster et al., 2004) و یا بهصورت عمق ایستابی (Famiglietti & Wood, 1994; Steiglitz et al., 1997; Niu & Yang, 2003) ارائه شد. اما اشکال این روش پارامترهسازی در معرفی ذخیره آب در آبخوان در شرایط خاک خشک و در نتیجه برآورد نادرست عمق ایستابی بود که منجر به وارد کردن مدلهای آب زیرزمینی در کف مدل خاک طرحوارههای سطح در دهه اخیر شد (Gutowski et al., 2002; Geny & Cox, 2003; Niu et al., 2007 ).
در ارزیابی خروجیهای رواناب در رودخانهها نیاز به مدل روندیابی است و رواناب ایجاد شده از طریق شبکه کانال و در مسیر جریان آب انتقال مییابد. اکی و سود (Oki & Sud, 1998) مدل روندیابی مسیرهای مجموع رواناب کل (TRIP[5]) را معرفی کردند که هدف آن توصیف جریان جانبی آب روی سطح براساس مسیرهای کانال رودخانه بود و شبیهسازی های رواناب مدل گردش کلی جو را در حوضه رودخانه به دبی تبدیل کردند. در تحقیق حاضر طرحواره سطح NOAH[6]-LSM (یا OSU[7]-LSM) در مدل پیشبینی عددی وضع هوا WRF(Weather Research and Forecasting model) مورد بررسی قرار میگیرد که در آن رواناب سطحی در هر مربع گریدی بر پایه تابع توزیع احتمال بیشینه ظرفیت نفوذ خاک و رواناب زیرسطحی بر اساس نفوذ گرانشی در کف مدل خاک برآورد میشود. سپس در این طرحوارهسطح، پارامترهسازی روانابهای سطحی و زیرسطحی براساس دیدگاه تاپمدل سادهشده (Niu et al, 2005) وارد میشود و تاثیر روشهای مختلف پارامترهسازی رواناب بر میانگین دبی شبیهسازی شده و روانابهای سطحی و زیرسطحی، و همچنین ترازمندی بودجه آبی حاصل از این دو طرحواره سطح بررسی میشود. در این پژوهش، نسخه دوم مدل روندیابی مسیرهای مجموع رواناب کل (Oki et al., 2001) برای تبدیل رواناب به دبی رودخانه بهکار میرود.
مواد و روشها
معرفی مدل WRF
مدل [8]WRF مدل میان مقیاس پیشبینی عددی وضع هوا است که امروزه بهطور گسترده‌ای در پیشبینی و در پروژه‌های تحقیقاتی بکار میرود. اولین نسخه این مدل در دسامبر 2001 ارائه شد (Wang et al., 2001). گام مکانی مدل میتواند از چندین متر تا هزاران کیلومتر متغیر باشد. مدل WRF دارای دو هسته دینامیکی و فیزیکی است. هسته دینامیکی شامل دو هسته [9]ARW، جرم اویلری، و [10]NMM، مدل غیر هیدروستاتیکی میان مقیاس، میباشد. هسته فیزیکی مدل شامل طرحوارههای پارامترهسازی تابش، لایه مرزی، سطح، همرفت و میکروفیزیک است که هرکدام شامل چندین نسخة مختلف می باشند. دستگاه مختصات قائم مدل دستگاه سیگما است که مقدار آن از یک تا صفر؛ از سطح زمین تا بالاترین لایه جو، تغییر میکند. شبکه افقی مدل، شبکه C آراکاوا است.
معرفی طرحواره سطح NOAH
طرحواره NOAH (Chen & Dudhia, 2001) یکی از سه طرحواره سطح جفتشده در نسخه سوم مدلWRF است. این طرحواره شامل 4 لایه خاک، بهترتیب از سطح با ضخامتهای 1/0، 3/0، 6/0 و 1 متر، یک لایه پوشش برف و یک لایه پوشش گیاهی است. کل عمق خاک 2 متر در نظر گرفته میشود که شامل یک متر بالایی خاک (ناحیه ریشهها) و یک متری پایین خاک با جریان گرانشی کف است. این طرحواره سطح ترکیبی از مدلهای چند لایهای خاک مارت و پن (Mahrt & Pan, 1984)، مدل پوشش گیاهی پن و مارت (Pan &Mahrt, 1987)، رواناب سطحی شاکه و همکاران (Schaake et al., 1996) و مدل ساده برف است.
در این طرحواره سطح، برای بهبود شبیهسازی‌های رواناب، رواناب سطحی از مدل توازن ساده آب (SWB1) پارامتره میشود (Schaake et al., 1996). مدل توازن ساده آب یک مدل دو لایهای خاک است که در آن تابع توزیع احتمال ظرفیت نفوذ خاک برای توصیف تغییرات رطوبت خاک بکار میرود. لایه نازک بالایی حدود چند میلیمتر بالایی خاک است که تاثیر تبخیر از بخش مرطوب پوشش گیاهی نیز در آن در نظر گرفته میشود. لایه پایینی در بردارنده ناحیه ریشه و سامانه آب خاک است که در آن جذب آب توسط ریشهها و درونشارش اضافی بارش از لایه بالایی به این لایه در نظر گرفته میشود. هر دو لایه دارای ظرفیت ذخیره آب محدودی هستند. تابع توزیع تجمعی رواناب سطحی،، به تابع توزیع بارش موثر () و ظرفیت نفوذ خاک () وابسته است و بهشکل:
(1)
محاسبه میشود (Schaake et al., 1996). با مشتق‌گیری از رابطه (1) و محاسبه تابع چگالی رواناب سطحی، ، میانگین رواناب سطحی () محاسبه میشود (Moor, 1985).
(2)
با توجه به تقسیم بارش موثر به رواناب سطحی و نفوذ واقعی خاک، ، () براساس رابطه (2)، میانگین مکانی نفوذ واقعی تعریف میشود (Schaake et al., 1996).
(3)
با توجه به وجود همبستگی بالا بین میانگین مکانی رطوبت خاک در لایه نازک بالایی خاک (10 سانتیمتری از سطح خاک) و لایه دو متری خاک و با فرض برابری نفوذ واقعی در هر گام زمانی () با ظرفیت نفوذ خاک، ، ظرفیت نفوذ خاک را میتوان بهصورت رابطه (4) تعریف کرد (Schaake et al., 1996).
(4)
که کمبود رطوبت لایه کف خاک و پارامتری بدون بعد است که تابعی از رسانایی هیدرولیکی اشباع است. با جایگزینی رابطه (4) در رابطه (3)، نفوذ واقعی خاک محاسبه میشود. بر این اساس بیشینه نفوذ خاک () در طرحواره سطح NOAH به شکل
(5)
ارائه میشود (Chen &Dudhia, 2001) که گام زمانی مدل برحسب مقیاس زمانی روزانه و کمبود رطوبت کل لایههای خاک از حالت اشباع برحسب متر است. در این طرحواره سطح، رواناب سطحی هنگامی رخ میدهد که اضافی بارش به داخل خاک نفوذ پیدا نکند.
در این طرحواره سطح فرض میشود که در کف مدل خاک پخش هیدرولیکی برابر صفر است و شار آب در این لایه تنها در اثر نفوذ گرانشی (که برابر رسانایی هیدرولیکی لایه کف خاک است) صورت میگیرد. این شار برابر با رواناب زیرسطحی در نظر گرفته میشود.
معرفی تاپ مدل ساده شده (SIMTOP)
نیو و یانگ (Niu & Yang, 2003) و نیو و همکاران (Niu et al., 2005) تاپ مدل ساده شده را بر اساس تاپمدل (Beven & Kirkby, 1979) معرفی کردند. برتری تاپمدل ساده شده بر تاپ مدل در کاهش تعداد پارامترهای واسنجی، بهبود کسر اشباع سلول شبکه و در نتیجه برآورد بهتر رواناب سطحی، بهویژه در نواحی کوهستانی و برآورد بهتری از رواناب زیرسطحی بهصورت حاصلضرب تابع نمایی از عمق ایستابی(فاصله مرز جدایی بخش اشباع و غیر اشباع خاک از سطح خاک) و یک پارامتر بهجای چندین پارامتر وابسته به توپوگرافی و خواص فیزیکی خاک در تاپمدل است. در این مدل رسانایی هیدرولیکی اشباع خاک، ، بهطور نمایی با عمق خاک ( (zکاهش مییابد:
(6)
که رسانایی اشباع در سطح خاک (m/s) و f پارامتر میرایی(m-1) است. شاخص توپوگرافی از رابطه (7) محاسبه میشود، که در آنa مساحت بالادست وارد شده به سلول شبکه بر واحد طول کنتور و شیب سطح است.
(7)
در این مدل رواناب سطحی، RS، شامل رواناب سطحی اضافی اشباع (سازوکار دان) و اضافی نفوذ (سازوکار هورتون) است (Niu et al., 2005):
(8)
که Qwat بارش موثر وارد شده به سطح خاک (mm s-1)،Imaxبیشینه ظرفیت نفوذ خاک و Fsat کسر اشباع است که با وارد کردن تاثیر خاک یخزده تعیین میشود (Niu et al., 2005):
(9)
کهFmax بیشینه کسر اشباع است که کسری از سلول شبکه دارای شاخص توپوگرافی بزرگتر یا برابر با میانگین شاخص توپوگرافی سلول شبکه یا حوضه رودخانه است. همچنین Zw عمق ایستابی وFfrzکسر خاک یخزده است.
رواناب زیر سطحی نیز مجموع رواناب زیر سطحی ناشی از توپوگرافی،Rbt، و رواناب زیر سطحی اضافی اشباع،Rbsat، است (Niu et al., 2005):
(10)
کهRbmax آهنگ بیشینه رواناب زیر سطحی است زمانی که عمق ایستابی صفر است و مقدار آن بین4-10× 5/0 تا kgm-2s-1 4-10× 10 متغییر است. همچنین N تعداد لایه های مدل خاک، و رطوبت حجمی خاک لایه iام (m3 /m3) و رطوبت حجمی خاک اشباع (m3 /m3 ) و ضخامت لایه خاک مورد نظر (m) است.
با توجه به تاثیر آب زیرزمینی بر رطوبت خاک و در نتیجه بر انرژی سطح و توازن آب، بهویژه در نواحی با عمق ایستابی کم، نیو و همکاران (Niu et al., 2007) مدل ساده آب زیرزمینی ((SIMGM[11] را در تاپ مدل سادهشده وارد کردند. در مدل ساده آب زیرزمینی یک آبخوان نامحصور در کف مدل خاک قرار دارد که تغییرات زمانی آب ذخیره‌شده در آن، (mm)، بهشکل:
(11)
تعریف میشود که برون‌ده آبخیز و آهنگ آب ورودی به آن است که بر اساس قانون دارسی تعیین میشود:
(12)
که ارتفاع لایه کف مدل خاک از سطح خاک و پتانسیل ماتریس لایه کف مدل خاک و رسانایی هیدرولیکی آبخوان است. آهنگ تغییرات رطوبت حجمی لایه کف مدل خاک، ، از رابطه ریچاردز با شرط مرزی شار صفر از رابطه (13) بههنگام میشود.
(13)
که ضخامت لایه کف خاک است. این رابطه تنها زمانی بکار میرود که عمق ایستابی از ارتفاع لایه کف مدل خاک پایینتر باشد.
مدل مقیاس‌کاهی شاخص توپوگرافی
با توجه به تاثیر توان تفکیک دادههای ارتفاعی در برآورد رواناب، روش مقیاس کاهی برای تبدیل دادههایی با توان تفکیک 1000 متری به دادههای 10 متری بهکار میرود (Pradhan et al., 2006). شاخص توپوگرافی تبدیل شده به 10 متری، عبارت است از:
(14)
که ci مساحت جریان آب بالادست وارد شده به سلول شبکه در توان تفکیک 1000 متری، Rf نسبت توان تفکیک درشت به توان تفکیک ریز، Ifفاکتورتاثیر (برابر 1)، wi اندازه توان تفکیک درشت (اینجا 1000 متر) و شدیدترین شیب مقیاسشده است.
مدل روندیابی TRIP
در این تحقیق مدل روندیابی TRIP، که اکی و همکاران (Oki et al., 2001) برای جریان‌های ثابت و متغیر معرفی کردهاند، برای تبدیل رواناب به دبی رودخانه بهکار میرود. در نسخه دوم TRIP، دو ذخیره آب شامل ذخیره آب سطحی و زیرزمینی تعریف میشود. ذخیره آب زیرزمینی (m3)، ، با ذخیره خطی ساده بهصورت زیر تعریف میشود:
(15)
که در آن و بهترتیب حاصلضرب رواناب زیرسطحی در مساحت سلول شبکه (m3s-1) و برونشارش جریان از ذخیره زیرزمینی (m3s-1) است. این برون شارش با در نظر گرفتن تاخیر زمانی جریان آب زیرزمینی (برحسب روز)، ، برابر با است. ذخیره آب سطحی (m3)، ، از رابطه ترازمندی آب بهصورت زیر محاسبه میشود:
(16)
که و حاصلضرب رواناب سطحی در مساحت سلول شبکه (m3s-1) و کل برونشارش سلولهای شبکه در بالادست (m3s-1) و Q مقدار دبی رودخانه (m3s-1) است. تاخیر زمانی آب زیرزمینی 3 روز و سرعت جریان آب 5/0 متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است (Oki et al., 2001).
دادهها و منطقه مورد مطالعه
منطقة مورد مطالعه حوضه رودخانه کارون محدود به طول جغرافیایی 4/47 تا 0/52 درجه شرقی و عرض جغرافیایی 2/30 تا 2/34 درجه شمالی است (شکل 1). با بررسی ایستگاههای آبسنجی حوضه کارون و طول دوره آماری دادههای موجود، 3 ایستگاه آبسنجی شامل ایستگاه فارسیات (جنوب کارون و معرف کل حوضه رودخانه کارون)، حرمله (مرکز کارون) و ایستگاه سوسن (شرق کارون) برای تقسیم حوضه رودخانه به سه زیرحوضه انتخاب شده است (شکل1). برای این تقسیمبندی از دادههای ارتفاعی با تفکیک افقی 90 متر از ماهواره شاتل و از نرم افزارهایARCHYDRO و ARCGIS استفاده شده است و زیر حوضهها بر اساس نام ایستگاههای آبسنجی، زیرحوضه فارسیات، حرمله و سوسن نام‌گذاری میشوند (شکل 1). بررسی مشخصات ارتفاعی سه زیرحوضه مورد نظر بیانگر این است که زیرحوضه سوسن مرتفع‍ترین زیرحوضه رودخانه کارون با میانگین ارتفاعی 2262 متر (محدوده تغییرات 833 تا 4367 متر) و زیرحوضه فارسیات پست‍ترین زیرحوضه با میانگین ارتفاع 1355 متر (محدوده تغییرات 6 تا 4367 متر) است. همچنین زیرحوضه حرمله دارای میانگین ارتفاع 1681 متر (محدوده تغییرات 29 تا 4052 متر) است، بهطوریکه بخش‌های جنوبی این زیرحوضه شامل نواحی پست و بخش‌های شمالی آن نواحی مرتفعتر است. دادههای شاخص توپوگرافی با تفکیک 1000 متری نیز از دادههای USGS برای هریک از زیرحوضهها بدست آمده است.
اجرای مدل
در این بررسی مدل WRF با هسته دینامیکیARW و طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM و نسخه طرحوارههای دیگر (جدول 1) در محدوده مورد مطالعه در زمستان 2006، با دادههای سه ساعته GFS برای شرایط مرزی و اولیه، با روش لانه‌ای یکسویه (استفاده از دادههای شبکه مادر بهعنوان شرایط مرزی شبکه داخلی) اجرا میشود. گام مکانی برای شبکه مادر km15×km15 شامل 69 نقطه شبکه در راستای نصفالنهار و 69 نقطه شبکه در راستای مدار و برای شبکه داخلی km5×km5 شامل 114 نقطه شبکه در راستای نصفالنهار و 108 نقطه شبکه در راستای مدار است. در اجرای مدل با طرحواره NOAH-SIM مقدار اولیه تراز آب ارتفاع پایینترین لایه خاک از سطح (2 متر) و آب زیرزمینی با عمق اولیه 50 متر در کف مدل خاک در نظر گرفته میشود. همچنین در این طرحواره سطح، اندازه پارامترهای تنظیمی شامل Rbmax و f بهترتیب برابر با kgm-2s-1 4-10×5/4و m-1 2، بر اساس اجرای این طرحواره بهطور مستقل از مدل در دوره واسنجی در حوضه رودخانه کارون، در نظر گرفته میشود.
شکل 1- زیرحوضههای رودخانه کارون و مسیرهای رودخانه در آنها
جدول 1- طرحوارههای بکاررفته در اجرای سومین نسخه مدل WRF
|
طرحواره تابش موج بلند |
طرحواره تابش موج کوتاه |
طرحواره میکروفیزیک ابر |
طرحواره همرفتی |
طرحواره لایه سطحی |
طرحواره لایه مرزی |
|
RRTM |
Dudhia scheme |
Kessler |
Kain-Fritsch |
Monin-Obukhov |
YSU |
شکل 2- نقشه پراکنش ارتفاعی زیرحوضههای رودخانه کارون
بررسی توازن بودجه آبی طرحوارههای سطح
برای بررسی توازن بودجه آبی در طرحوارههای سطح رابطه بهشکل:
(17)
معرفی میشود که در آن آهنگ تغییرات در ذخیره آب سطحی است. ذخیره آب سطحی شامل برف، آب در لایههای مختلف خاک و همچنین آب رودخانهها و دریاچهها (که کسر کوچکی از مولفه آب سطح است) است که در مقیاس زمانی چند سال و بدون تغییرات اقلیمی میتوان از آهنگ تغییر ذخیره آب سطحی در مقایسه با سمت راست رابطه (17) صرفنظر کرد. در چنین مقیاس زمانی تغییرات از مقدار صفر بیانگر عدم توازن آب سطحی است که میتواند ناشی از پارامترهسازی نادرست و یا مشکل آغازگری در دادهها باشد (Irannejad & Henderson-Sellers, 2007).
ارزیابی خروجیهای مدل
برای ارزیابی کارایی مدل در شبیهسازی دبی رودخانه توسط هر دو طرحواره سطح، ضریب کارایی مدل، E، تعریف میشود (Nash & Sutcliffe, 1970):
(18)
که ، و بهترتیب داده مشاهداتی در زمان و داده مدل در زمان و میانگین دادههای مشاهداتی در گامهای زمانی مورد نظر، N، است. ضریب کارایی برابر صفر به این معنی است که شبیهسازیها همان دقت را دارد که بهجای اندازة رواناب در تمام زمانها میانگین رواناب مشاهده شده را قرار دهیم. مقادیر مثبت ضریب کارایی E نشان از برتری شبیهسازیها بر پذیرش میانگین مشاهدات برای همه زمانها دارد و هنگامی که ضریب کارایی برابر با یک میشود، دادههای شبیهسازی شده با مدل در همه زمانها با دادههای مشاهداتی برابر است. مقادیر منفی ضریب کارایی نیز بیانگر این است که مدل در شبیهسازی دبی رودخانه در دوره مورد مطالعه بسیار ناموفق است و حتی نمیتواند به اندازة بهکار بردن میانگین مشاهدات نیز واقعیت جریان رودخانه را نمایش دهد. همچنین اریبی مدل، b، و میانگین قدر مطلق خطاها، MAE[12]، از روابط زیر محاسبه میشود:
(19)
که میانگین دادههای شبیهسازی شده مدل در کل زمان مورد بررسی است.
نتایج و بحث
میانگین فصلی دبی مشاهداتی در زمستان 2006 در زیرحوضههای فارسیات، حرمله و سوسن بهترتیب m3s-18/823، m3s-17/347 و m3s-17/263 است، در حالیکه میانگین فصلی دبی شبیهسازی شده توسط طرحواره NOAH جفتشده در مدل WRF در این زیرحوضهها، بهویژه فارسیات و حرمله، به شدت فرو-برآورد میشود (فرو-برآورد دبی در زیرحوضه فارسیات m3s-16/364، حرمله m3s-16/159 و سوسن m3s-127/79). طرحواره NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF میانگین فصلی دبی را در زیرحوضههای فارسیات و حرمله بهترتیب m3s-15/9 (4/3%) و m3s-11/17 (9/4%) فرو-برآورد و در زیرحوضه سوسن m3s-19 (9/3%) فرا-برآورد میکند. مقایسه میانگین فصلی دبی شبیهسازی شده توسط طرحوارههای سطح NOAH-SIM و NOAH جفتشده در مدل WRF در هر سه زیرحوضه بیانگر افزایش میانگین دبی مدل توسط NOAH-SIM و در نتیجه کاهش اختلاف آن با دبی مشاهدهشده است که سبب کاهش قابل توجه اریبی مدل و میانگین قدر مطلق خطاهای مدل میشود (جدول 4).
بررسی میانگین ماهانه دبی شبیهسازی شده توسط WRF-NOAH در هر سه زیرحوضه در زمستان 2006 بیانگر فرو-برآوردهای بزرگ دبی، بهویژه در ماههای دسامبر و فوریه، است، به‌طوری که بیشترین فرو-برآورد دبی توسط این طرحواره سطح در زیرحوضه فارسیات در ماه فوریه (57% فرو-برآورد) و در زیرحوضههای حرمله و سوسن در ماه دسامبر (59% و 68% فرو-برآورد) است (جدول 2). میانگین ماهانه دبی شبیهسازی شده توسط NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF در هر سه زیرحوضه، بیانگر فرو-برآوردهای کوچکی (کمتر از 10%)، بهجز فرا-برآورد کوچک دبی در زیرحوضه فارسیات در فوریه (6%) و فرا-برآورد نسبتاٌ بزرگ دبی در زیرحوضه سوسن (40%)، است. مقایسه میانگین ماهانه دبی شبیهسازی شده توسط این دو طرحواره سطح با دبی مشاهداتی بیانگر کاهش قابل توجه اختلاف میانگین ماهانه دبی NOAH-SIM با مشاهدات، بهویژه در زیرحوضههای فارسیات و حرمله، است (جدول2).
جدول 2- اختلاف میانگین ماهانه دبی شبیهسازی شده توسط طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF با دبی مشاهداتی (برحسب درصد) در زیرحوضههای رودخانه کارون در زمستان 2006 (+ بیانگر فرا-برآورد و - بیانگر فرو-برآورد)
|
نام ایستگاه |
طرحوارهسطح |
دسامبر 2005 |
ژانویه 2006 |
فوریه 2006 |
|
سوسن |
NOAH |
68%- |
23%- |
32%- |
|
NOAH-SIM |
40% |
2%- |
8%- |
|
|
حرمله |
NOAH |
59%- |
44%- |
53%- |
|
NOAH-SIM |
4%- |
6%- |
7%- |
|
|
فارسیات |
NOAH |
52%- |
21%- |
57%- |
|
NOAH-SIM |
4%- |
9%- |
6% |
دبی روزانه شبیهسازی شده توسط طرحوارههای سطح NOAH وNOAH-SIM جفتشده در مدل WRF با دبی مشاهداتی در هر سه ایستگاه آبسنجی فارسیات، سوسن و حرمله در زمستان 2006 بیانگر افزایش دبی شبیهسازی شده، بهویژه NOAH-SIM، هماهنگ با مشاهدات، در طی فصل است (شکل 3). از دلایل این افزایش میتواند افزایش بارش برف و در نتیجه افزایش ذخیره آب سطحی در اثر ذوب برف در این فصل باشد. طرحواره NOAH، دبی را در تمام روزهای فصل زمستان، به شدت فرو-برآورد میکند، در حالیکه دبی شبیهسازی شده توسط NOAH-SIM سازگاری بسیار خوبی با مشاهدات دارد. بهعنوان مثال، با افزایش شدت بارش مدل طی روزهای 54ام تا 58ام (معادل 27-23 ژانویه)، بیشینه دبی توسط هر دو طرحواره سطح، همزمان با بیشینه دبی مشاهداتی، در زیرحوضههای فارسیات و سوسن در روز 59ام (28 ژانویه) و در زیرحوضه حرمله در روز 57ام (26 ژانویه) برآورد میشود، در حالیکه طرحواره NOAH بیشینه دبی را، بهویژه در زیرحوضه فارسیات m3s-17/304 و در زیرحوضه حرمله m3s-195، بهشدت فرو-برآورد میکند (شکل 3). بیشینههای دبی توسط طرحواره سطح NOAH-SIM در هر سه زیرحوضه فرو-برآوردهای کوچکتری را نسبت به طرحواره NOAH نشان میدهد، بهطوریکه این کاهش فرو-برآورد دبی در NOAH-SIM نسبت به NOAH در زیرحوضههای فارسیات، حرمله و سوسن بهترتیب 83%، 88% و 10% است.
شکل 3- دبیهای روزانه مشاهداتی و شبیهسازی شده رودخانه (مترمکعب بر ثانیه) و میانگین بارش حوضه شبیهسازی شده توسط مدل WRF با طرحوارههای NOAH و NOAH-SIM در ایستگاههای آبسنجی الف. فارسیات ب. حرمله ج. سوسن در زمستان 2006
بررسی نمودار پراکنش و بهترین خط برازش دادهشده بر دبیهای روزانه شبیهسازی شده توسط طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM در هر سه زیرحوضه در زمستان 2006 (شکل 4) نشان از دوری خط رگرسیون برازش داده شده بر NOAH از خط نیمساز و فرو-برآورد شدید دبی توسط این طرحواره سطح (بهدلیل واقع شدن زیر خط نیمساز) دارد، درحالیکه دبی NOAH-SIM و خط
رگرسیون برازش داده شده بر آنها به خط نیمساز نزدیکتر است. همچنین ضریب تعیین خط برازش دادهشده () بر دبی شبیهسازی شده توسط NOAH-SIM (محدوده تغییرات 95/0 تا 97/0) نسبت به NOAH (محدوده تغییرات 52/0 تا 84/0) در هر سه زیرحوضه به مقدار یک نزدیکتر است که نشان از برآورد بهتر دبی توسط طرحواره NOAH-SIM دارد (شکل 4).
شکل 4- همبستگی بین دبی مشاهداتی و شبیهسازی شده توسط طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF در ایستگاههای آبسنجی الف. فارسیات ب. حرمله ج. سوسن در زمستان 2006
نتایج حاصله از آزمون معنیداری اختلاف میانگینهای دبی شبیهسازی شده توسط این دو طرحواره سطح با بکاربردن آزمون تی استیودنت جفتشده در هر سه ایستگاه آبسنجی بیانگر اختلاف معنی داری در مقدار t محاسبه شده با t بحرانی (987/1) با سطح معنیداری در حدود صفراست (جدول 3). این سطح معنیداری، کوچکتر از 05/0، نشان از رد فرضیه (برابری میانگینها) با اطمینان 95 درصد دارد. با توجه به قرار نداشتن مقادیر t محاسبه شده در فاصله اطمینان 95 درصد اختلاف، فرضیه برابری میانگینها در این دو طرحواره سطح قابل قبول نمیباشد. همچنین این آزمون، معنی دار بودن اختلاف این دو طرحواره سطح در برآورد دبی را در هر سه ایستگاه آبسنجی در سطح اعتماد 5 درصد نشان میدهد.
جدول 3- نتایج آزمون t جهت مقایسه دبی برآورد شده توسط طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF در ایستگاههای آبسنجی حوضه رودخانه کارون در زمستان 2006
|
نام ایستگاه |
درجه آزادی |
t محاسبه شده |
حدود اعتماد 95% اختلاف |
نتیجه آزمون (P value) |
|
|
حد بالا حد پایین |
|||||
|
فارسیات |
89 |
19/13 |
4/418 |
87/308 |
00/0 |
|
حرمله |
89 |
36/13 |
69/169 |
76/125 |
00/0 |
|
سوسن |
89 |
35/15 |
4/99 |
62/76 |
00/0 |
در شکل 5 ضرایب همبستگی بین رواناب شبیهسازی شده توسط طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF و دبی مشاهداتی و همچنین نسبت انحرافمعیار دادههای شبیهسازی شده به دادههای مشاهداتی را در هر سه زیرحوضه مورد مطالعه نشان داده شده است. در این شکل نقطه مرجع (REF) دارای ضریب همبستگی و انحراف معیار نرمال شده یک است. نیمدایرههایی به مرکز REF شاخصی از ریشه میانگین توان دوم خطاها است (تیلور، 2001). نمودار تیلور رواناب شبیهسازی شده توسط طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM در هر سه ایستگاه آبسنجی رودخانه کارون نشان از افزایش ضریب همبستگی رواناب طرحواره سطح NOAH-SIM (محدوده تغییرات 96/0-95/0) نسبت به طرحواره NOAH (محدوده تغییرات 88/0-63/0) دارد. مقایسه انحرافمعیار نرمالشده رواناب طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM در هر سه ایستگاه بیانگر تغییرات بزرگتر (کوچکتر) رواناب شبیهسازی شده طرحواره سطح NOAH-SIM (NOAH) نسبت به دادههای مشاهداتی است، به طوریکه طرحواره NOAH-SIM نسبت به NOAH دارای انحرافمعیار نرمال شده رواناب نزدیکتر به مقدار یک است. این انحرافمعیار نرمالشده نزدیک به یک بیانگر بهبود عملکرد طرحواره NOAH-SIM در برآورد رواناب است. همچنین کاهش ریشه میانگین توان دوم خطاهای رواناب طرحواره سطح NOAH-SIM (محدوده تغییرات 30/0-25/0) نسبت به NOAH (محدوده تغییرات 75/0-40/0) نشان از خطاهای کمتر طرحواره NOAH-SIM در شبیهسازی رواناب و در نتیجه برآورد بهتر آن دارد.
جدول 4- ارزیابی عملکرد طرحوارههای NOAH و NOAH-SIM در مدل WRF در شبیهسازی دبی کارون در زمستان 2006
|
نام ایستگاه |
طرحوارهسطح |
ضریب تعیین(R2) |
کارایی مدل |
اریبی مدل (m3/s) |
میانگین قدرمطلق خطا (m3/s) |
|
سوسن |
NOAH |
84/0 |
48/0 |
1/79- |
1/85 |
|
NOAH-SIM |
95/0 |
87/0 |
8/8 |
4/49 |
|
|
حرمله |
NOAH |
58/0 |
2/0- |
165- |
165 |
|
NOAH-SIM |
94/0 |
90/0 |
17- |
9/26 |
|
|
فارسیات |
NOAH |
44/0 |
12/0 |
8/386- |
392 |
|
NOAH-SIM |
94/0 |
90/0 |
2/29- |
75 |
اگرچه ضریب کارایی مدل در هر دو طرحواره سطح در ایستگاههای فارسیات و سوسن مثبت است، اما طرحواره سطح NOAH-SIM دارای ضریب کارایی بالاتری است (جدول 4). منفی بودن ضریب کارایی طرحواره سطحNOAH در ایستگاه حرمله بیانگر ناموفق بودن این مدل در برآورد دبی است، در حالیکه مثبت بودن آن در این زیرحوضه در طرحواره سطح NOAH-SIM بیانگر برتری شبیهسازیها بر پذیرش میانگین مشاهدات است. همچنین اریبی مدل و میانگین قدرمطلق خطاهای مدل در شبیهسازی دبی توسط NOAH-SIM نسبت به NOAH به طور قابل توجهی کاهش داشته است (جدول 4).
شکل 5- نمودار تیلور رواناب طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF در ایستگاههای رودخانه کارون در زمستان 2006
شکل 6-الف، نقشه پراکنش مکانی اختلاف میانگین فصلی رواناب کل NOAH-SIM از NOAH جفتشده در مدل WRF در حوضه رودخانه کارون در زمستان 2006 را نشان میدهد. این شکل بیانگر افزایش رواناب کل توسط طرحواره NOAH-SIM در اکثر نقاط حوضه رودخانه کارون، بهجز جنوبغرب زیرحوضه سوسن و شمالغرب زیرحوضه حرمله، است. طرحواره سطح NOAH-SIM با افزایش رواناب کل در اکثر نقاط حوضه رودخانه کارون نسبت به طرحواره NOAH (افزایش m3s-15/2-3/0 درهر سلول شبکه) توانسته سبب بهبود برآورد رواناب کل شود. کاهش رواناب طرحواره NOAH-SIM در نواحی بیشینه رواناب، بهدلیل تعداد کم گریدهای شبکه، نتوانسته تاثیر چشمگیری در کاهش میانگین رواناب کل توسط این طرحواره سطح داشته باشد.
شکل 6- نقشه پراکنش مکانی تفاوت میانگین فصلی الف. رواناب کل (مترمکعب بر ثانیه) ب. رواناب سطحی (متر مکعب بر ثانیه) و ج. رواناب زیرسطحی (متر مکعب بر ثانیه) طرحوارههای سطح NOAH-SIM از NOAH جفتشده در مدل WRFدر حوضه رودخانه کارون در زمستان 2006.
با توجه به این‌که رواناب کل مجموع روانابهای سطحی و زیرسطحی میباشد، لذا پراکنش مکانی آنها به طور جداگانه بررسی میشود. بررسی پراکنش مکانی تفاوت میانگین رواناب سطحی طرحواره سطح NOAH-SIM از NOAH بیانگر افزایش قابل توجهی در رواناب سطحی طرحواره NOAH-SIM در اکثر نواحی، بهویژه در شمال زیرحوضه سوسن و جنوب و شمال زیرحوضه حرمله، است (شکل6-ب) که از دلایل این افزایش میتواند وارد کردن شاخص توپوگرافی در برآورد رواناب سطحی طرحواره NOAH-SIM باشد. با توجه به افزایش رواناب سطحی در اکثر نقاط حوضه رودخانه کارون در طرحواره NOAH-SIM این طرحواره توانسته است سبب بهبود پارامترهسازی رواناب سطحی شود، بهطوریکه میانگین رواناب سطحی در این طرحواره سطح در زیرحوضه سوسن 242%، حرمله 330% و فارسیات 263% نسبت به NOAH افزایش بزرگی داشته است.
پراکنش مکانی تفاوت میانگین رواناب زیرسطحی طرحواره سطح NOAH-SIM از NOAH در زمستان 2006 بیانگر افزایش قابل توجهی در رواناب زیرسطحی طرحواره NOAH-SIM در اکثر نقاط حوضه رودخانهکارون، بهجز در جنوب زیرحوضه سوسن و شمالغرب زیرحوضه حرمله، است بهطوریکه افزایش در رواناب زیرسطحی در این طرحواره سطح نسبت به NOAH در زیرحوضه سوسن 50%، حرمله 5/142% و فارسیات 5/122% است (شکل 6-ج). مقایسه شکل تفاوتهای رواناب زیرسطحی (6-ج) با رواناب کل (شکل 6-الف) نشان میدهد که الگوی تغییرات رواناب زیرسطحی با الگوی تغییرات رواناب کل کاملاٌ هماهنگ است، که نشان از حاکم بودن رواناب زیرسطحی در رواناب کل در حوضه رودخانه کارون در دوره مورد مطالعه (بالاتر از 95% رواناب کل) دارد. بهبود پارامترهسازی رواناب زیرسطحی توسط طرحواره NOAH-SIM میتواند از دلایل کاهش اریبی و خطای مدل در این طرحواره باشد (جدول 4).
شکل 7- نمودار بودجه آبی حوضه کارون در طرحوارههای الف. NOAH و ب. NOAH-SIM در مدل WRF در زمستان 2006
میانگین مولفههای بودجه آبی در هر دو طرحواره سطح در هر سه زیرحوضه رودخانه کارون بیانگر افزایش رواناب نسبی و کاهش تبخیر نسبی توسط طرحواره سطح NOAH-SIM نسبت به NOAH است، بهطوریکه بیشترین افزایش در رواناب نسبی و کاهش در تبخیر نسبی در زیرحوضه فارسیات (4/9% افزایش و 7% کاهش) برآورد میشود (شکل 7). طرحواره سطح NOAH، بودجه آبی را در زیرحوضههای فارسیات، حرمله و سوسن بهترتیب در mmday-1 15/0، mmday-1 38/0 و mmday-121/0- میبتدد، درحالیکه طرحواره NOAH-SIM بودجه آبی را با مقدار کوچکتری نسبت به NOAH میبندد (فارسیات mmday-1 018/0، حرمله mmday-1 27/0 و سوسن mmday-1 18/0-). این امر نشان از برقراری توازن بودجه آبی بهتر توسط طرحواره NOAH-SIM دارد.
نتایج
طرحواره سطح NOAH-SIM جفتشده در مدل WRF در برآورد میانگین فصلی دبی عملکرد بسیار بهتری نسبت به طرحواره NOAH در هر سه ایستگاه آبسنجی حوضه رودخانه کارون، بهویژه در فارسیات و حرمله، دارد. همچنین میانگین ماهانه دبی توسط طرحواره NOAH-SIM، بهدلیل کاهش اختلاف میانگین دبی مدل با دبی مشاهدهشده بهویژه در ماههای دسامبر و فوریه، نسبت به طرحواره NOAH در هر سه زیرحوضه بهتر برآورد میشود. نزدیکی خط رگرسیون برازش داده شده بر دبیهای روزانه شبیهسازی شده توسط NOAH-SIM به خط نیمساز و نزدیکتر بودن ضریب تعیین خط برازش داده شده بر آن به مقدار یک نسبت به NOAH نشان از بهبود پارامترهسازی رواناب توسط این طرحواره سطح دارد.
ارزیابی عملکرد مدل WRF با طرحوارههای سطح NOAH و NOAH-SIM در شبیهسازی دبی رودخانه در زمستان 2006، در هر سه ایستگاه آبسنجی حوضه رودخانه کارون بیانگر ضریب کارایی بالاتر، اریبی پایینتر و میانگین قدرمطلق خطاهای بسیار کوچکتر طرحواره سطح NOAH-SIM نسبت به NOAH است که میتواند ناشی از ضعف طرحواره NOAH در پارامترهسازی رواناب، بهدلیل عدم قطعیت در پارامترهای تابع توزیع چگالی احتمال ظرفیت نفوذ خاک و برآورد نادرست رطوبت آخرین لایه خاک مدل، باشد. همچنین طرحواره NOAH-SIM با افزایش ضریب همبستگی، کاهش ریشه میانگین توان دوم خطاها و انحراف معیار نرمال شده نزدیک به یک در شبیهسازی رواناب توانسته سبب بهبود پارامترهسازی رواناب در این طرحواره سطح نسبت به NOAH شود. طرحواره NOAH-SIM علاوه بر بهبود پارامترهسازی رواناب سطحی، با کاهش اختلاف بیشینههای دبی مدل با مشاهدات، با وارد کردن تاثیر عمق ایستابی و مدل آب زیرزمینی در پارامترهسازی رواناب زیرسطحی توانسته نقش مهمی در افزایش برآورد رواناب زیرسطحی در گریدهای حوضه رودخانه کارون و درنتیجه افزایش رواناب کل، با حاکم بودن رواناب زیرسطحی در اکثر زمانهای مورد مطالعه، داشته باشد. این نتایج، که نشان از بهبود برآورد رواناب در روش پارامترهسازی بر اساس تاپمدل سادهشده دارد، با نتایج بررسیهای نیو و همکاران (Niu et al., 2005&2007) و کلارک و جندی (Clark & Gendy, 2008) هماهنگی کامل دارد. مقایسه توازن آب در زیرحوضههای رودخانه کارون توسط طرحوارههای سطح NOAH-SIM و NOAH در زمستان 2006 بیانگر عدم توازن آب کوچکتر از mm/day 5/0± است در حالیکه، طرحواره سطح NOAH-SIM با بهبود پارامترهسازی رواناب توانسته است توازن بودجه آبی بهتری نسبت به طرحواره NOAH برقرار کند.
بهطور کلی مقایسه روشهای پارامترهسازی زیرشبکهای رواناب سطحی در طرحواره سطح NOAH جفتشده در مدل WRF بیانگر برتری روش پارامترهسازی بر اساس شاخص توپوگرافی بر روش پارامترهسازی بر اساس بیشینه ظرفیت نفوذ خاک، بهدلیل در دسترس بودن دادههای توپوگرافی و درنتیجه بکاربردن تابع عینی در برآورد تابع چگالی احتمال آن، است. همچنین بهبود پارامترهسازی رواناب زیرسطحی بر اساس عمق ایستابی و مدل آب زیرزمینی، بهجای نفوذ گرانشی در کف مدل خاک، تاثیر قابل توجهی در برآورد رواناب زیرسطحی و در نتیجه رواناب کل، با حاکم بودن رواناب زیرسطحی در اکثر زمانهای مورد مطالعه، دارد.
)