Global off-line evaluation of the ISBA-TRIP flood model
B. Decharme, R. Alkama, F. Papa, S. Faroux, H. Douville and C. Prigent
CLIMATE DYNAMICS
DOI: 10.1007/s00382-011-1054-9
====================
全球河川モデルに、サブグリッド地形パラメータで、
氾濫原の浸水を入れたというモデルの、
全球シミュレーションでの検証。
氾濫原の詳細地形は、１°の長方形格子から出しているので、
自分のモデルに比べればいい加減であｈあるのだけど、
（細かい計算方法は分からないし・・・）
氾濫域からの蒸発と浸透を、かなりまじめに表現している。
土壌が飽和しているときは浸透しないとか、
水面からの蒸発も植生の有無を考慮していたり。
驚いたのは、氾濫原からの蒸発量が思ったより多い。
氾濫を考慮しない場合に比べて、
倍近く蒸発する地域もある模様。
これは、近い将来真面目に取組んだほうがいいかも。
Validation of a full hydrodynamic model for large scale hydrologic modelling in the Amazon
Rodrigo C D Paiva, Walter Collischonn, Diogo Costa Buarque
Hydrological Process, published online
Abstract in Hydrological Process
====================
大規模流域での河川流下を適切に近似して、
３次元的な貯水形態の表現を目指そうという論文。
アマゾン流域のSolimoes川が対象。
表面流向データを用いて、大流域を単位集水域に分割して、
そのなかの地形分布をDEMから氾濫原地形を抽出して、
河道は長方形断面でパラメータ化して、
貯水量から水位と浸水域を出そうというのは自分のモデルと一緒。
さらに、単位集水域で水位を出せば、
河道方向の水面勾配も計算できるから、
Kinematicに変わってDynamicsな支配方程式を考慮できる、
よって物理的な流下計算かつ現実的な水位算定を
達成できる、というところも自分のアイデアと一緒。
でもって、アマゾン川の洪水流下には、
氾濫原が重要な役割を果たしており、
水位を現実的に表現するにはBackwater Effectも必要、
という結論まで一緒である。
最先端の研究をしているという自覚はあるけど、
油断するとすぐ追いつかれそうだな。
ちなみに査読を頼まれていたので、
しかっり自分の論文も引用して、
比較検証してもらいました。
著者とは４月のEGUで話をしているし。
Rodrigo C D Paiva, Walter Collischonn, Diogo Costa Buarque
Hydrological Process, published online
Abstract in Hydrological Process
====================
大規模流域での河川流下を適切に近似して、
３次元的な貯水形態の表現を目指そうという論文。
アマゾン流域のSolimoes川が対象。
表面流向データを用いて、大流域を単位集水域に分割して、
そのなかの地形分布をDEMから氾濫原地形を抽出して、
河道は長方形断面でパラメータ化して、
貯水量から水位と浸水域を出そうというのは自分のモデルと一緒。
さらに、単位集水域で水位を出せば、
河道方向の水面勾配も計算できるから、
Kinematicに変わってDynamicsな支配方程式を考慮できる、
よって物理的な流下計算かつ現実的な水位算定を
達成できる、というところも自分のアイデアと一緒。
でもって、アマゾン川の洪水流下には、
氾濫原が重要な役割を果たしており、
水位を現実的に表現するにはBackwater Effectも必要、
という結論まで一緒である。
最先端の研究をしているという自覚はあるけど、
油断するとすぐ追いつかれそうだな。
ちなみに査読を頼まれていたので、
しかっり自分の論文も引用して、
比較検証してもらいました。
著者とは４月のEGUで話をしているし。
Near real‐time flood wave approximation on large rivers from space: Application to the River Po, Italy
G. Schumann et al.
WATER RESOURCES RESEARCH, VOL. 46, W05601, doi:10.1029/2008WR007672, 2010
Abstract Online
====================
先ほどの紹介した論文と同じ著者。
枠組みも概ねいっしょで、
SARから観測した氾濫域分付を
SRTM DEMと組み合わせて
水面標高分付を導出するというもの。
ItaliaのPo川、98キロの流路長と、
対象範囲が長くなっている。
ポイントは，モデルのパラメータ・チューニングに応用した点で、
（そもそも洪水の規模ごとに粗度係数を変えるのはどうかと思うが）
現地観測の密な水位分付データを用いなくても、
衛星観測から導いた水位でチューニングすれば、
モデルのシミュレーションも上手く行きそうだ、
ということを示した点。
しかし、この枠組だとホントの準リアルタイム予報には使えるのか？
G. Schumann et al.
WATER RESOURCES RESEARCH, VOL. 46, W05601, doi:10.1029/2008WR007672, 2010
Abstract Online
====================
先ほどの紹介した論文と同じ著者。
枠組みも概ねいっしょで、
SARから観測した氾濫域分付を
SRTM DEMと組み合わせて
水面標高分付を導出するというもの。
ItaliaのPo川、98キロの流路長と、
対象範囲が長くなっている。
ポイントは，モデルのパラメータ・チューニングに応用した点で、
（そもそも洪水の規模ごとに粗度係数を変えるのはどうかと思うが）
現地観測の密な水位分付データを用いなくても、
衛星観測から導いた水位でチューニングすれば、
モデルのシミュレーションも上手く行きそうだ、
ということを示した点。
しかし、この枠組だとホントの準リアルタイム予報には使えるのか？
Comparison of remotely sensed water stages from LiDAR, topographic contours and SRTM
G. Schumann et al.
ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 63 (2008) 283 – 296
Abstract Online
====================
Digital elevation models (DEMs) are at the core of most environmental process modelling and disaster management. In flood inundation modelling, surface elevation constitutes one of the most important model boundary conditions. With the availability of high-precision DEMs (e.g. LiDAR) and globally available DEMs (e.g. SRTM InSAR) a big step seems to have been taken in terms of hydraulic modelling application or hydraulic information retrieval from such DEMs, with high potential in particular for ungauged basins. Comparative studies exist that report on both the validation of different remotely sensed elevation sources and their use for both hydrologic and hydraulic studies. To contribute to the existing literature on DEMs and hydraulic information, this study aims at comparing water stages derived from LiDAR, topographic contours and SRTM. A flood inundation model calibrated with distributed ground-surveyed high water marks is used to evaluate the remotely sensed water stages. The results show that, as expected, LiDAR derived water stages exhibit the lowest RMSE (0.35 m), followed by the contour DEM (0.7 m). A relatively good performance of the SRTM (1.07 m), which is possibly linked to the low-lying floodplain, suggests that the SRTM is a valuable source for initial vital flood information extraction in large, homogeneous floodplains. Subsequent 3D flood mapping from remotely sensed water stages confirms this but also indicates that flood mapping with low-resolution, low-precision surface elevation data is hardly possible on the small scale, as the accuracy of the resulting map depends too much on DEM uncertainties and errors both in the horizontal and vertical directions.
====================
合成開口レーダー(SAR)から得られた氾濫域情報が入力。
水面は反射率が低く暗い。
氾濫域を河道位置データとDEMと合成することで、
各河道断面における水面標高を推定。
濡れているピクセルと濡れていないピクセルの標高から計算。
水面標高を外層して水深マップを作るという手順。
タイ洪水でやってみようかと思っている、かつ
第１著者がブリストル大の友達なので、
前から読もうと思ってたのを先ほど読んだ。
思ったよりDEM精度が水面標高分布の推定に効くらしい。
そしてJoHに投稿中のDEM修正手法なんかも、
ずいぶんと精度向上に使えそう。
データが集まったら手を動かし始めます。
（衛星データの収集方法が未だによく分からない）
G. Schumann et al.
ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 63 (2008) 283 – 296
Abstract Online
====================
Digital elevation models (DEMs) are at the core of most environmental process modelling and disaster management. In flood inundation modelling, surface elevation constitutes one of the most important model boundary conditions. With the availability of high-precision DEMs (e.g. LiDAR) and globally available DEMs (e.g. SRTM InSAR) a big step seems to have been taken in terms of hydraulic modelling application or hydraulic information retrieval from such DEMs, with high potential in particular for ungauged basins. Comparative studies exist that report on both the validation of different remotely sensed elevation sources and their use for both hydrologic and hydraulic studies. To contribute to the existing literature on DEMs and hydraulic information, this study aims at comparing water stages derived from LiDAR, topographic contours and SRTM. A flood inundation model calibrated with distributed ground-surveyed high water marks is used to evaluate the remotely sensed water stages. The results show that, as expected, LiDAR derived water stages exhibit the lowest RMSE (0.35 m), followed by the contour DEM (0.7 m). A relatively good performance of the SRTM (1.07 m), which is possibly linked to the low-lying floodplain, suggests that the SRTM is a valuable source for initial vital flood information extraction in large, homogeneous floodplains. Subsequent 3D flood mapping from remotely sensed water stages confirms this but also indicates that flood mapping with low-resolution, low-precision surface elevation data is hardly possible on the small scale, as the accuracy of the resulting map depends too much on DEM uncertainties and errors both in the horizontal and vertical directions.
====================
合成開口レーダー(SAR)から得られた氾濫域情報が入力。
水面は反射率が低く暗い。
氾濫域を河道位置データとDEMと合成することで、
各河道断面における水面標高を推定。
濡れているピクセルと濡れていないピクセルの標高から計算。
水面標高を外層して水深マップを作るという手順。
タイ洪水でやってみようかと思っている、かつ
第１著者がブリストル大の友達なので、
前から読もうと思ってたのを先ほど読んだ。
思ったよりDEM精度が水面標高分布の推定に効くらしい。
そしてJoHに投稿中のDEM修正手法なんかも、
ずいぶんと精度向上に使えそう。
データが集まったら手を動かし始めます。
（衛星データの収集方法が未だによく分からない）
Characterization of the hydrological functioning of the Niger basin using the ISBA-TRIP model
V. Pedinotti et al.,
Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 8, 9173-9227, 2011
HESSD abstract
====================
During the 70s and 80s, West Africa has faced extreme climate variations with extended extreme drought conditions. Of particular importance is the Niger basin, since it traverses a large part of the Sahel and is thus a critical source of water in this semi arid region. However, the understanding of the hydrological processes over this basin is currently limited by the lack of spatially distributed surface water and discharge measurements. The purpose of this study is to use the ISBA-TRIP continental hydrologic system to explore key processes related to the hydrological cycle of the Niger Basin. The scheme accounts explicitly for the surface river routing, for the floodplains dynamic, and for the water storage using a deep aquifer reservoir. In the current study, simulations are done at a 0.5 by 0.5° spatial resolution over the 2002–2007 period using the atmospheric forcing provided by the AMMA Land surface Model Intercomparison Project (ALMIP). The model is intensively compared to in situ discharge measurements as well as satellite derived flood extent, total continental water storage changes and river height changes. The flooding scheme leads to a non-negligible increase of evaporation over large flooded areas, which decrease the Niger river flow by 15% to 50%, according to the observed station and the rainfall dataset used as forcing. This contributes to improve the simulation of the river discharges confirming for the need to incorporate flood representations into Land Surface Model. The model provides a good estimation of the surface water dynamics and accurately simulates the endorheic property of the Northern part of the basin. Moreover, the deep aquifer reservoir improves Niger low flows and the recession law during the dry season. This study also gives a basic estimation of aquifer recharge and of the total terrestrial water budget. The comparison with 3 satellite products from the Gravity Recovery and Climated Experiment (GRACE) is really optimistic and show a non negligible contribution of the deeper soil layers to the total storage (26% for groundwater and aquifer). Finally, sensitivity tests have shown that a good parameterization of routing models is required to optimize simulation errors. Indeed, the modification of some key parameters has non-negligible impacts on the model dynamics which gives perspectives for improving the model input parameters using future developments in remote sensing technologies such as the joint CNES-NASA satellite project SWOT (Surface Water Ocean Topography), which will provide water heights and extent at land surface with an unprecedented 50–100 m resolution and precision.
====================
HESSDで公開査読中の論文です。
査読を頼まれたで、査読コメントも名前付きで公開しています。
Niger川の河川流量などを気象外力-陸面モデル-河川モデル
という枠組みで予測するという、
大陸河川モデリングではよくある研究。
陸面モデルにISBA、河川モデルに改良TRIPを用いて計算。
Niger川は，サヘル⇒サハラ⇒サヘルと
異なる気候帯を流れるのが特徴。
最上流で降った雨が，中流の乾燥帯で氾濫し，
蒸発や浸透で下流に行くにつれ流量がへる、
という面白い現象が見られます。
まず、氾濫原からの蒸発浸透を考慮することで、
河川流量の再現性、とくに下流での流量減少が
うまく再現できるとの報告。これはOK。
あとは浸透した地下水を、
河川に戻ってくる「浅い地下水層」と
河川には戻らない「深い地下水層」とで
別々に扱うと河川流量変動が更に上手く再現できる、
と書いてあるが、うーん？？
どうやって検証するんじゃ？と突っ込みました。
おそらく地下水層はかなり重要。でも定量化するのは難しい。
検証できないものは（チューニング・パラメータになるので）
モデルには入れない、というのが自分のポリシーです。
V. Pedinotti et al.,
Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 8, 9173-9227, 2011
HESSD abstract
====================
During the 70s and 80s, West Africa has faced extreme climate variations with extended extreme drought conditions. Of particular importance is the Niger basin, since it traverses a large part of the Sahel and is thus a critical source of water in this semi arid region. However, the understanding of the hydrological processes over this basin is currently limited by the lack of spatially distributed surface water and discharge measurements. The purpose of this study is to use the ISBA-TRIP continental hydrologic system to explore key processes related to the hydrological cycle of the Niger Basin. The scheme accounts explicitly for the surface river routing, for the floodplains dynamic, and for the water storage using a deep aquifer reservoir. In the current study, simulations are done at a 0.5 by 0.5° spatial resolution over the 2002–2007 period using the atmospheric forcing provided by the AMMA Land surface Model Intercomparison Project (ALMIP). The model is intensively compared to in situ discharge measurements as well as satellite derived flood extent, total continental water storage changes and river height changes. The flooding scheme leads to a non-negligible increase of evaporation over large flooded areas, which decrease the Niger river flow by 15% to 50%, according to the observed station and the rainfall dataset used as forcing. This contributes to improve the simulation of the river discharges confirming for the need to incorporate flood representations into Land Surface Model. The model provides a good estimation of the surface water dynamics and accurately simulates the endorheic property of the Northern part of the basin. Moreover, the deep aquifer reservoir improves Niger low flows and the recession law during the dry season. This study also gives a basic estimation of aquifer recharge and of the total terrestrial water budget. The comparison with 3 satellite products from the Gravity Recovery and Climated Experiment (GRACE) is really optimistic and show a non negligible contribution of the deeper soil layers to the total storage (26% for groundwater and aquifer). Finally, sensitivity tests have shown that a good parameterization of routing models is required to optimize simulation errors. Indeed, the modification of some key parameters has non-negligible impacts on the model dynamics which gives perspectives for improving the model input parameters using future developments in remote sensing technologies such as the joint CNES-NASA satellite project SWOT (Surface Water Ocean Topography), which will provide water heights and extent at land surface with an unprecedented 50–100 m resolution and precision.
====================
HESSDで公開査読中の論文です。
査読を頼まれたで、査読コメントも名前付きで公開しています。
Niger川の河川流量などを気象外力-陸面モデル-河川モデル
という枠組みで予測するという、
大陸河川モデリングではよくある研究。
陸面モデルにISBA、河川モデルに改良TRIPを用いて計算。
Niger川は，サヘル⇒サハラ⇒サヘルと
異なる気候帯を流れるのが特徴。
最上流で降った雨が，中流の乾燥帯で氾濫し，
蒸発や浸透で下流に行くにつれ流量がへる、
という面白い現象が見られます。
まず、氾濫原からの蒸発浸透を考慮することで、
河川流量の再現性、とくに下流での流量減少が
うまく再現できるとの報告。これはOK。
あとは浸透した地下水を、
河川に戻ってくる「浅い地下水層」と
河川には戻らない「深い地下水層」とで
別々に扱うと河川流量変動が更に上手く再現できる、
と書いてあるが、うーん？？
どうやって検証するんじゃ？と突っ込みました。
おそらく地下水層はかなり重要。でも定量化するのは難しい。
検証できないものは（チューニング・パラメータになるので）
モデルには入れない、というのが自分のポリシーです。