Sammenligning af kontinentale hydrologiske modeller hjælper med at forbedre vandforvaltningen

Mens jordens ferskvandsressourcer er begrænsede, udfordringen med at håndtere dem effektivt og bæredygtigt, når vi går ind i en varmere fremtid med en voksende menneskelig befolkning, betyder at holde øje med et tilsyneladende endeløst netværk af over- og underjordiske vandveje.

For USA, Der er udviklet to enorme modeller, der fanger hydrologiske processer - fra at forudsige oversvømmelser til at forudsige grundvandsniveauer - for hele kontinentet. Nu, et projekt ledet af Princeton University-forskere har påtaget sig den Herculean-opgave at kontrollere disse to modeller mod hinanden for at sikre, at videnskabsmænd og politiske beslutningstagere arbejder ud fra konsekvente, præcise data, når det kommer til at styre landets vandbudget.

Forskere fra Princeton, Nationalt Center for Atmosfærisk Forskning (NCAR), University of Arizona (UA), og NASA offentliggjorde resultaterne af den første fase af Continental Hydrologic Intercomparison Project (CHIP). Holdet brugte et år på at køre supercomputersimuleringer og analysere store datasæt, da de sammenlignede de to kontinentale modeller - kendt som WRF-Hydro og ParFlow-CLM - med hinanden og med næsten 3, 000 strømningsobservationer, ifølge en rapport i bladet Vandressourceforskning .

Forskerne søgte at undersøge komponenterne og processerne inden for hver model samt løse eventuelle skævheder og uoverensstemmelser mellem dem. Projektet står som den første model-til-model sammenligning af denne skala og giver et vigtigt proof-of-concept til nøje at sammenligne meget store hydrologiske modeller, rapporterede forskerne.

Resultaterne af undersøgelsen øger ikke kun forskernes viden om, hvordan man modellerer hydrologiske processer, men også hvordan man kan forbedre fremtidige prognoser, sagde den første korresponderende forfatter Danielle Tijerina, en ph.d.-studerende i civil- og miljøteknik ved Princeton.

"Fordi alle modeller har iboende skævheder, et af vores hovedmål var at bruge modelstrømningsydelse til at isolere specifikke skævheder, som så giver modeludviklere en platform til at begynde at forbedre visse aspekter af disse modeller, " sagde Tijerina. "Vi vil gerne understrege, at dette var en enorm samarbejdsindsats mellem forskellige modelleringsgrupper, hvilket er afgørende for udvikling og forbedring af disse samfundsmodeller."

Ved at undersøge og løse uoverensstemmelserne mellem hver model, forskerne har også hjulpet med at opbygge videnskabelig og offentlig tillid til gennemsigtigheden og nøjagtigheden af ​​hydrologisk modellering, sagde co-korresponderende forfatter Reed Maxwell, Princeton professor i civil- og miljøteknik og High Meadows Environmental Institute (HMEI).

Denne tillid er kritisk som videnskabsmænd, Politikere og samfundet arbejder sammen for at bevare og beskytte nationens vandressourcer, han sagde. Maxwell er co-principal investigator af HydroGEN, et projekt finansieret med en $1 million Convergence Accelerator-bevilling fra National Science Foundation (NSF), der vil bruge kunstig intelligens til at simulere landets naturlige grundvandssystem i et forsøg på at forbedre vandforvaltningen og hjælpe folk med at forberede sig bedre på oversvømmelser og tørke.

"Størrelsen og dybden af ​​dette projekt hjælper med at opbygge samfundets tillid - og give den indsigt i vandskelmodellering - der er nødvendig for at skabe brede samarbejder, der vil forbedre den hydrologiske modellering af vandskel på tværs af USA, " sagde Maxwell, der er direktør for Integrated GroundWater Modeling Center med base i HMEI.

Papiret, "Continental Hydrologic Intercomparison Project, Fase 1:En hydrologisk modelsammenligning i stor skala over det kontinentale USA, " blev offentliggjort i juli 2021-udgaven af Vandressourceforskning .