青藏高原辐射平衡关键参数估算及数据集生成

论文摘要

地表辐射平衡参数是辐射平衡、能量收支、水循环等研究中的重要参数。青藏高原作为“世界屋脊”、“亚洲水塔”、“第三极区域”,对泛第三极周边区域乃至全球都有着极其重要的影响。当前青藏高原的辐射平衡参数面临着时空分辨率较低、针对性少、系统验证缺乏等一系列问题。本文分别对近地面气温（Surface Air Temperature,Ta）、下行长波辐射（Downward Longwave Radiation,DLR）、上行长波辐射（Upward Longwave Radiation,ULR）、下行短波辐射（Downward Shortwave Radiation,DSR）、上行短波辐射（Upward Shortwave Radiation,USR）进行了优化、估算等初步研究。当前大多数Ta产品由于空间分辨率较低,在局部区域研究中存在一定的局限性。本文基于数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）提出了一种实用的Ta数据空间降尺度模型,基于此方法本文将中国区域地面气象要素数据集（China Regional Surface Meteorological Feature Dataset,CRSMFD）和欧洲中尺度天气预报中心再分析资料（ERA-interim,ERAI）中的Ta数据由0.1°和0.125°降尺度至0.01°。其次,从精度和图像质量两方面对降尺度后的Ta数据进行了评价。结果表明,降尺度后的CRSMFD日均Ta在105个气象站点处RMSE为1.13±1.0K,在三个实验站点的RMSE为0.96K-2.34K。降尺度后的CRSMFD瞬时Ta在三个实验站点处的RMSE值为1.02K-4.0K。降尺度之后的Ta与地面站点实测数据的一致性比降尺度之前更好。ERAI在青藏高原降尺度前后都存在较大误差。高时间分辨率的全天候DLR对于净辐射和地表蒸散发估算具有重要意义。为了更好的了解当前不同DLR估算模型在青藏高原的适用性,本文基于地面实测数据对8种常用的DLR晴空估算模型和6种非晴空估算模型进行了测试。测试结果表明,由Dilley and O’Brien和Lhomme等提出的两种模型分别最适用于晴空和非晴空条件。以这两个模型为基础,将中国陆面数据同化系统（China Land Surface Data Assimilation System,CLDAS）提供的气象数据作为输入数据,估算了青藏高原2008-2016年全天候日间逐时的DLR,其空间分辨率为0.0625°。DLR平均RMSE为26.4W/m2。再以DLR的估算结果为基础,估算了青藏高原2008-2016年的日间ULR。验证结果显示其平均RMSE为28.7W/m2。地表短波辐射包含DSR和USR两个分量。本文首先对CLDAS和中国区域高时空地表太阳辐射数据集（The High-Resolution Surface Solar Radiation Datasets over China,HRSSR）两种产品中的DSR进行了验证。在晴空条件下CLDAS具有更小的不确定性,其平均RMSE低于80.0W/m2。在非晴空条件下,CLDAS在青藏高原的精度优于HRSSR,其平均RMSE低于200W/m2。本文以CLDAS和地表反照率产品作为基础,估算了USR。估算得到的USR具有较大的不确定性,其主要原因是DSR数据本身存在高估。基于DLR、ULR、DSR、USR的估算结果,本文初步估算了净辐射（Net Radiation,NR）。验证结果表明,其误差范围为75.4W/m2到166.7W/m2,在个别站点的估算结果具有较大的误差。因为各个分量在估算过程中均有误差出现,DSR不确定性较大,所以通过估算各个辐射分量进而集成得到NR的方法具有较大的不确定性。本文对Ta、DLR、ULR、DSR、USR等一系列辐射平衡参数进行了优化、估算,并生成了相应的数据。研究成果为青藏高原能量收支、水循环等提供了重要参数。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 近地面气温获取

1.2.2 长波辐射估算进展

1.2.3 短波辐射估算进展

1.3 研究内容和论文结构

1.3.1 研究内容

1.3.2 论文结构

第二章研究区与数据

2.1 研究区

2.2 研究数据

2.2.1 栅格数据集

2.2.2 站点数据

2.3 数据预处理

2.4 本章小结

第三章近地面气温数据降尺度

3.1 降尺度背景

3.2 降尺度方法

3.3 降尺度结果评价

3.4 降尺度结果与讨论

3.4.1 气温直减率和降尺度窗口尺寸

3.4.2 日均近地面气温降尺度结果验证

3.4.3 瞬时近地面气温降尺度结果验证

3.4.4 基于图像质量的降尺度结果评价

3.5 本章小结

第四章长波辐射估算

4.1 长波辐射估算方法

4.1.1 下行长波辐射晴空估算模型

4.1.2 下行长波辐射非晴空估算模型

4.1.3 上行长波辐射估算模型

4.2 下行长波辐射估算结果

4.2.1 晴空模型测试结果

4.2.2 非晴空模型测试结果

4.2.3 基于CLDAS的下行长波辐射估算结果

4.3 上行长波辐射估算结果

4.4 本章小结

第五章短波辐射估算

5.1 现有下行短波辐射产品验证

5.1.1 验证方法

5.1.2 CLDAS验证

5.1.3 HRSSR验证

5.2 上行短波辐射估算

5.2.1 估算方法

5.2.2 上行短波辐射估算结果

5.3 本章小结

第六章净辐射估算

6.1 净辐射数据集成

6.2 净辐射结果验证

6.3 本章小结

第七章总结与展望

7.1 研究总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 丁利荣

导师: 周纪

关键词: 近地表气温,长波辐射,短波辐射,辐射平衡,青藏高原

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 电子科技大学

基金: 国家自然基金面上项目“基于多源遥感协同与时空融合的西南河流源区地表蒸散发估算研究”(91647104),“多源遥感协同下的全天候地表温度反演方法”(41871241)

分类号: P422.4

总页数: 82

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