滑坡动力学模型和水文模型的耦合研究及其在中国南方的适用性检验

Southern China covers 25% area of mainland China and contains 55% population of China. The surface condition, weather and climate system there is very complicated. Thus landslides, mudslides and other disasters caused by rainstorms frequently happen especially in rainy season, leading to huge loss and harm to people’s lives property and safety. In order to reduce the losses, an efficient way to forecast those rainfall induced disasters is vital.. The main purpose of this research project is to improve the hydrological process module in the landslide dynamical model developed by the project applicant. To achieve this purpose, a comprehensive land surface and hydrological model WRF-Hydro will be coupled to the landslide model. Before coupling WRF-Hydro to the landslide dynamical model, the applicability of WRF-Hydro in Southern China will be studied and analyzed. After applying WRF-Hydro to the landslide model, the predict efficiency of landslides occurred in Southern China of the coupled landslide model will be carefully tested with landslide inventory data and satellite remote sensing data. Finally, the direction to further improve the landslide model will be suggested.

我国南方面积约占全国陆地面积25%，人口占全国55%以上。下垫面状况和周边自然环境极其多样化，天气、气候系统复杂多变，暴雨、滑坡和泥石流等灾害频频发生，给人民的生命财产安全带来巨大损失和危害。由于滑坡灾害发生机理的复杂性，实时地监测和预报这些灾害是非常困难的，这一问题至今仍是国际上的研究热点和难点。目前尚未有业务化运行的滑坡动力学数值预测模型。本研究拟将 WRF-Hydro 陆面、水文模型耦合到前期开发的滑坡动力学模型中，利用 WRF-Hydro 完善的陆面和水文物理过程来改进滑坡动力学模型，以期改善滑坡动力学模型的物理水文过程，从而提高模型的预报效能。此外，本工作也将评估 WRF-Hydro 水文模型在中国南方的适用性，同时评估耦合了 WRF-Hydro的滑坡动力学模型对中国南方重大滑坡事件的预报效能，以期为进一步改善滑坡动力学模型提供思路。

降水导致的滑坡泥石流是我国最主要的地质灾害之一，往往造成巨大的危害和损失，然而有效地预报滑坡泥石流灾害既是热点问题，也是非常复杂的难点问题。申请人之前研发了基于动力学的滑坡泥石流数值预报模型，对降雨造成的滑坡泥石流有一定的预报能力。然而其中的陆面、水文过程比较简单，某些关键物理过程过于简化，亟需完善。因此申请了本项目，拟将物理过程比较完善的WRF-Hydro耦合到滑坡模型，以完善其物理过程，提高预报能力。.首先，本项目分析了WRF-Hydro在我国南方的模拟能力。总体说来，WRF-Hydro能有效地模拟南方的关键陆面、水文变量，尤其是相比之前简单的 CREST 水文模型， WRF-Hydro 能更好地模拟土壤湿度、土壤含水量、地表蒸散发、地表径流、河流流量等关键信息，因此，优化后的WRF-Hydro适用于我国南方的广大地区，可以将其耦合到滑坡泥石流模型。.将WRF-Hydro中较为完备的动力、热力过程模块耦合到原有的滑坡泥石流模型后，完善了滑坡泥石流模型的陆面、水文过程，在此基础上，我们结合一个中等复杂程度的动力降尺度模式 ICAR，研发了多尺度滑坡泥石流集合预报系统，经过实际个例的验证，较显著地提高了对滑坡泥石流的模拟预报能力。基于以上发展改进的滑坡泥石流模型，开展了滑坡泥石流的实时预报工作，经验证，对2016—2017年的100多次重大滑坡泥石流事件，能够成功地预报其中的64.1%。如果根据中国大部分地区的气候特征，将全年分为雨季和非雨季，（中国的不同区域虽然进入雨季的时间有所不同，但大多数地区可以把每年的5—9月作为雨季，10月—次年4月作为非雨季），则雨季的预报成功率则达到了72.1%。.结合课题组的短期气候预测结果，进行动力降尺度，开展夏季的滑坡泥石流短期气候预测，根据2018、2019年的结果来看，预测结果与实况非常接近。另外，结合 CMIP5未来降水等预估资料，以及RegCM动力降尺度的高分辨率资料，开展了未来几十年中国及“一带一路”沿线国家滑坡泥石流的预估工作。预估结果表明，我国及大多数“一带一路”沿线国家，未来几十年滑坡泥石流呈显著增加的趋势。