谢志清[1]2003年在《复杂地形及非均匀地表水热通量参数化问题的研究》文中研究指明近几十年来，气候模拟工作者对地-气间相互作用过程的研究越来越重视。土壤的性质和地表植被覆盖对大气环流有重要的影响。而陆面观测大多在代表一定尺度的均匀的单点上进行，真实的自然陆面具有多重尺度的非均匀性。同时，陆面特征决定地-气间动量、热量、水汽和其它温室气体交换的强弱。不同地域的地形、土地利用、植被和土壤属性的差异，甚至小尺度、局地和次网格区域气象、水文和生态条件下，地气能量和水分交换方面的差异，都会对陆面过程产生影响。因此，进一步研究陆面过程参数化(特别是非均匀陆面过程参数化)是十分必要的。 然而，陆面过程资料的获取却是困绕陆面过程参数化的重大难题。遥感技术以其独特的优势，在陆面过程研究中的应用受到广泛关注，利用卫星遥感资料反演区域尺度上地表特征参数的有效性在科学界已达成共识。但是，如何将遥感观测资料和常规资料结合起来研究辐射传输、湍流交换以及地表水的通量等局地尺度特征量是一难题，很多学者都已做了大量的工作，取得了相当鼓舞人心的结果，真正能实际应用的成果却很少。 本文首先根据几种典型下垫面条件下的土壤表层(1-1m)的土壤温湿度资料，采用统计分布、功率谱分析、滤波等方法分析典型下垫面条件下土壤表层水热分布特征及其相互作用。从野外观测事实的基础上讨论下垫面非均匀性对地表水热通量的影响；然后以长江叁角洲为例，将遥感观测资料和常规资料结合起来计算区域平均水热通量。进而尝试借助于常规气象观测、卫星遥感(NOAA-AVHRR)和地理信息系统(GIS)获得的资料，讨论采用统计-动力学的方法，将常规气象资料和卫星遥感等非常规资料结合起来计算非均匀下垫面区域平均地表水热通量计算方案的可能性。 为此，首先根据几种典型下垫面的土壤温湿实测资料，分析其时空分布特征和水热相互作用，从观测事实的基础上讨论统计-动力方案在计算区域平均地表水热通量时的可行性。其次，根据卫星遥感资料，反演了长江叁角洲(长江下游)地区的地表温度，在此基础上分析地表温度时空分布特征，加上常规气象资料，对该统计-动力方案进行了数值试验。结果表明：(1)在研究区域不同类型的下垫面条件下，夏季土壤水分在湿润研究区呈明显的单峰偏态分布，且以β分布拟合效果为最好；而在临近绿洲的沙漠研究区则呈多峰分布，冬季呈г分布。且湿润的研究区域夏季土壤水分在时间上呈显著的10～25天的周期变化。(2)根据土壤温湿资料，采用功率谱分析、PCA分析等方法，分析了两种典型下垫面土壤温度的时空分布特征及其对土壤水分运动的影响，发现研究区土壤温度除日和年变化周期外还存在6－30天的不同周期；下垫面的非均匀性及其季节变化及温度梯度变化对土壤水分运动有很大影响，冬季温度梯度变化对土壤含水量影响大于夏季温度梯度对上壤含水量变化的影响，且温度梯度与水分运动方向相反。（3）利用NOAAAVHRR卫星资料反演了长江叁角洲（长江下游）地表温度，发现地表温度对下垫面特征的空间变化较为敏感。并拟合了地表温度的概率密度函数（PDF）。结合空气动力学阻抗法（梯度法）计算地表水热通量，数值试验结果表明这种方法具有较大的实际应用价值。
陈琪婷[2]2017年在《地表水热通量模拟尺度效应研究》文中认为土壤和植被与大气间的水热通量交换是陆面大气动力和热力过程的基础,决定着全球能量平衡及水分循环,在气候变化适应策略、生态保护和农业水资源管理等领域的实际应用中也占有重要地位。目前,用于模拟地表与大气间水热通量交换的遥感模型和陆面过程模型在大尺度上应用时仍存在较大的不确定性。主要表现为:首先,基于均匀地表条件发展起来的模型参数及参数化方案在异质性地表条件下的适用性存在一定的不确定性;其次,在进行地表水热通量模拟时,中高空间分辨率遥感模型逐像元的模拟方式以及粗网格陆面过程模型通常采用的网格/次网格均质假设均不能充分表达地表的异质性,在模型非线性结构的影响下便会给地表水热通量真实空间异质性的表达以及像元尺度、网格次网格尺度水热通量均值的模拟带来一定的不确定性;最后,地面水热通量观测源区空间范围与模型模拟单元空间范围之间往往存在较大差异,使得利用地面水热通量观测的直接模型精度验证存在一定的不确定性。这些不确定性形成了地表水热通量模拟中尺度效应的核心问题。本文分析了遥感高分辨率尺度(<100 m)至陆面过程模型粗网格尺度(10km~50 km)地表水热通量模拟中的尺度效应,旨在提高对地表水热通量模拟中尺度依赖的认识,进而为陆面过程模型粗网格尺度下参数化方案及验证方法的改进提供理论和依据。主要研究内容及结论如下:1、从分析本论文所采用的遥感蒸散发模型ETMonitor出发,揭示不同地表土壤水分SSM和植被特征LAI条件下控制蒸散发过程的主要因子。该部分针对不同土壤水分和植被状态分布特征,发展了在同时考虑多种输入变量的高维空间中对地表蒸散发模型进行全局敏感性分析的方法。研究结果显示:蒸散发模拟对叶面积指数LAI和地表土壤水分SSM的敏感性在稀疏植被覆盖且土壤水分较低时更加明显;蒸散发模拟对空气温度和空气相对湿度的敏感性在不同的叶面积指数LAI和地表土壤水分SSM异质性分布条件下均较高;蒸散发模拟对风速的敏感性在高植被覆盖且地表土壤水分SSM较高时更加明显;蒸散发模拟对下行短波辐射的敏感性在叶面积指数lai和地表土壤水分ssm均较高时稍弱。2、中高空间分辨率的混合像元存在条件下,遥感模型模拟地表水热通量时逐像元的模拟往往不能充分表达地表的复杂异质性,在水热通量遥感模型非线性结构作用下便会导致水热通量模拟的尺度效应问题,本文对遥感模型水热通量模拟的尺度效应问题进行分析。该部分研究利用基于二维离散小波变换的图像多尺度分析方法分析了不同尺度的地表植被、土壤水分和水热通量交换异质性特征,并基于etmonitor模型框架,通过比较逐级空间尺度(90m、180m、360m、720m至1440m)下“参数聚合”与“通量聚合”的差异,分析了中高分辨率遥感逐像元蒸散发估算的“聚合误差”。结果显示:在所选研究区研究时段内,地表植被、土壤水分及蒸散发的异质性可存在于不同的空间尺度上,且各自的空间分布特征不尽相同,与蒸散发空间异质性分布高度相关的高空间分辨率地表特征数据的利用对蒸散发的高精度模拟至关重要;当前研究中,因与et空间分布特征高度相关的地表特征(ssm)及et自身的异质性信息较少出现在较小的空间尺度上,高空间分辨率(90m)输入数据逐级聚合到千米级空间分辨率的过程中,在研究区内多数像元的像元尺度聚合误差并不明显,仅在地表土壤水分和植被状态差异较大的黑河沿岸、绿洲内部作物与城镇交界处以及研究区东南部的滴灌区周围等区域出现了较大的聚合误差;因不同情景下蒸散发模拟与地表状态的非线性关系存在差异,像元尺度聚合误差的分布与地表状态异质性信息密度的分布不完全一致。3、陆面过程模型模拟地表水热通量时通常采用网格次网格均质假设,对地表状态及气象条件异质性做简化处理,本文对该简化处理导致的水热通量模拟尺度效应问题进行了分析。该部分研究通过情景模拟和实例分析两种方式展开。情景模拟分析中,基于所模拟的模型次网格内多种ssm和lai的空间异质性分布情景(分别对应植被分布从稀到密,表层土壤水分从干到湿的情景)以及多种气象条件,分别分析了当忽略ssm和lai异质性时的单独及协同影响,并讨论了气象条件对蒸散发模型中蒸散发模拟与地表状态之间非线性及聚合误差的影响。情景模拟分析结果显示:在不同的地表特征异质性分布情景下,陆面过程模型次网格地表特征均质假设方案导致的蒸散发估算偏差表现不同,当ssm和lai为正偏态分布(干旱半干旱的稀疏植被覆盖区)时易出现较大的估算误差;多种气象条件下的统计结果显示,忽略ssm异质性比忽略lai异质性更易产生较大的聚合误差;忽略SSM和LAI的异质性在风速较高、空气温度较高、空气较干燥的气象背景下易产生低估,在风速较低、空气温度较低、空气较湿润的气象背景下易产生高估。在实例分析部分,以我国西北部黑河流域中游和上游为研究区,采用叁种陆面过程模型模拟常用的网格尺度(10 km、25 km和50 km),以遥感模型ETMonitor的模拟结果为依托,分析了不同网格大小下陆面过程模型中采用的次网格内地表状态均质假设和网格内气象条件均质假设方案对模拟结果的影响。实例分析结果显示:对次网格及格网尺度水热通量估算,忽略同一次网格内地表特征异质性与忽略同一网格内气象条件异质性对子流域尺度平均值的估算影响不大,但可导致较大的次网格、网格尺度日均蒸散发估算误差,且较大的估算误差易出现在地表较干旱地区,因此基于地表覆盖类型次网格划分的陆面过程模型的应用效果依不同的应用目的及研究区而异;在研究区内忽略同一次网格内地表状态异质性和忽略同一网格内气象条件异质性导致的聚合误差多呈同向迭加形式,且二者交互作用在网格尺度较大时更加明显。
杨何群[3]2006年在《基于遥感和DEM的山区—平原地表水热通量估算及对比分析研究》文中研究指明地表水分、热量的收支状况在很大程度上决定着地理环境的组成和演变,故水热问题是环境研究方面的核心,将能量关系与蒸散并行研究更是水热效应研究的中心。其中地表水热通量的估算是一个比较复杂的问题,准确地确定它对于理解全球或区域气候变化及水分循环极为重要。卫星遥感和DEM在地表水热交换过程研究中的作用越来越大,它们的引入为定量研究非均匀地表和复杂地形下水热格局和过程带来便捷。 本文围绕山区-平原地表水热通量估算及对比分析这一主题,选取肃南山地和张掖平原为研究区域,以ASTER为遥感数据源,通过几何校正与DEM严格配准,经辐射定标和大气校正,在对多种地表生物物理参数反演方法进行讨论和分析的前提下,选取简便易行的算法反演地表反照率、植被结构参数、地表温度,并在DEM辅助下充分考虑坡度、坡向等地形因素模拟入射太阳短波辐射,之后以这些参数作为输入,基于SEBS模型估算地表水热通量(显热通量、感热通量)和日蒸发,分析日蒸发与土地利用/土地覆盖类型的关系,并进行潜热通量和日蒸发与地表参数的相关性分析和复杂地形分析。 地表水热通量和日蒸发估算结果反映出肃南山地和张掖平原的地表水热格局。且潜热通量和日蒸发估算结果经初步检验与比较,认为具有一定可信度,说明参数化方法和模型估算实用可行; 肃南山地与张掖平原潜热通量和日蒸发与该区不同土地利用/土地覆盖类型量级分析及肃南山地潜热通量和日蒸发与地表参数相关性分析表明,植被的覆盖对下垫面的水热性状影响很大。植被条件较好的林地、草地、水浇地日蒸发较高;植被条件差的寒漠、戈壁、干旱河滩地日蒸散低,其中大部分区域蒸散发量为零或接近零。等间距分级统计拟合肃南山地NDVI、植被覆盖度、叶面积指数、地表温度与潜热通量和日蒸发的相关关系,结果比较认为,用植被覆盖度和地表温度描述区域尺度的地表水热通量可能更好; 肃南山地与张掖平原地表能量通量空间格局对比分析及有无DEM辅助估算的肃南山地潜热通量和日蒸发与地形参数的关系分析表明,复杂地形支配着山区地表能量平衡分量的空间分布,使其空间规律和量值显着不同于平原。而且有无DEM辅助估算的肃南山地各高程段范围内净辐射通量和潜热通量的误差标准差与地形参数标准差的相关关系拟合结果表明,净辐射通量和潜热通量的误差标准差与高程标准差呈线性增长关系,与坡度标准差以及坡向标准差在一定范围内也有明显相关关系,其中净辐射通量的这种关系更为显着。分析结果说明在估算地表能量通量时,复杂地形条件下必须考虑地形影响和效应。
刘朝顺[4]2008年在《区域尺度地表水热的遥感模拟及应用研究》文中研究表明区域尺度地表水热遥感监测与模拟研究是目前遥感技术在水资源领域应用研究的热点和前沿问题。用遥感技术实现大范围地表能量和水分动态监测,可以在水资源、气候、生态、农业等领域中发挥重要作用,过去几十年的研究虽然取得了许多重要成果,但由于地表水热过程的时空复杂性,依然面临很多有待突破的重要问题。本论文以此为出发点,对与所研究问题关系密切问题展开研究,并以山东省为研究区进行实证研究,具有比较重要的理论意义和实践价值。论文具体的研究工作和结论如下:1)分析了地表空间异质性对水热通量遥感模拟的影响,指出选择合适的遥感尺度须权衡遥感观测的有限性和水热过程的复杂性。然后分别基于土地覆盖图斑尺度、像元尺度、地表属性的半方差以及多尺度一致性指数分析基础上,检验了研究区域的空间尺度,综合检验结果表明研究区的空间异质性尺度约在250～500m左右。2)实现将数字高程模型(DEM)引入SEBAL模型中进行地形因子(坡度、坡向和海拔高度)的校正,拓展了区域蒸散模型的适用范围。基于NASA陆面资料同化系统的地表动力学参数查找表,利用土地覆盖信息和遥感植被指数动态估算的地表粗糙高度和零平面位移等地表动力学参数。对改进的模型进行了输入参数的敏感性分析,结果表明模型对LST最敏感,Albedo、NDVI次之,对风速和地表动力粗糙度的敏感性较低。模型较为稳定,各输入参数改变一定量没有引起蒸散反演结果显着的变化量。分析了地形因子——海拔高度、坡度、坡向对模型模拟结果的影响,表明如没有考虑地形影响将会高估高海拔区域及阴坡区域的蒸散量,约偏大30%左右。3)引入地表属性的邻域相似性改进Kustas等的热增强方法,并在研究过程中实现了利用250m MODIS植被指数将1km的地表温度、反照率的分辨率提高到250m,以充分利用MODIS数据的时间分辨率和空间分辨率的优势,构建满足研究区的空间异质性尺度要求的日常的区域水热通量监测的驱动数据,使进行较高频率的大面积水热通量监测具有很好的可操作性。利用区域蒸散模型,基于改进的MODIS驱动数据模拟的地表蒸散结果,在不同的时间尺度上进行验证,验证结果表明模拟的相对误差分别体现为日平均约-11.34%,周平均约-6.30%,月、季平均在4%以内,模拟结果符合实际情况。4)对研究区域水热特征的动态变化进行遥感监测,区域蒸散量在2005年和2006年均表现为夏季最大,春季次之,秋季最小。在春季,蒸散低值区主要分布在鲁中南低山丘陵区以及山东半岛一带;蒸散高值区则主要分布农作物生长较好的鲁西北、鲁西南平原,以及一些大型水体、水库;黄河叁角洲地区尽管植被覆盖度不高,但由于该区地下水位埋深较浅,蒸散量也较高。夏季,研究区域总体蒸散水平都较高,高值区主要分布在大型的水体、水库,黄河两岸的引黄灌溉区域和滨海滩涂等地,低值区主要分布在城镇人工用地以及鲁中南低山丘陵区。秋季,整个研究区域的蒸散量均较小。区域月蒸散量与植被覆盖度以及地表温度之间都存在着显着的相关关系,不同的是与植被覆盖度呈正相关,与地表温度之间呈负相关关系。5)最后,分析了不同土地利用/覆盖类型下蒸散的逐月变化规律,发现水域的月平均蒸散量最大,其次为水田,林地、旱田和草地基本相当,人工用地的月平均蒸散量最小。并结合降水量数据分析了研究区域2005年和2006年的水分盈亏状况。利用基于能量平衡原理的水热通量遥感模型提取区域缺少指数(RWSI)对研究区2005和2006年的秋季进行旱情的遥感动态监测,总体监测结果合理可信,推广应用有待进一步的研究工作。
苑广辉[5]2018年在《中国干旱半干旱区陆气相互作用及其对区域气候的影响》文中指出地气之间的能量和水汽交换对气候变化有重要的影响。中国干旱半干旱区水资源短缺、生态脆弱、沙尘天气频发,人类活动、下垫面和气候变化叁者之间相互作用强烈,研究该区域的陆气相互作用及其对区域气候的影响对改善区域气候模拟效果、预测区域气候变化、选择区域可持续发展战略具有重要的意义。干旱半干旱区观测站点分布较少,限制了该项研究的进行,同时关于下垫面条件改变对气温和降水影响的研究仍存在一些争议和不确定性。本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)湍流观测资料,分析了不同坐标旋转方法在复杂地形上的适用性,总结出一套适用于SACOL站的总体湍流特征参数化方案,从而获取了较高质量的湍流通量数据,为后续的陆气相互作用研究提供基础,同时对比分析了SACOL站、通榆农田及退化草地观测站土壤湿度、净辐射、水汽压差叁者对能量分配的影响差异和机制。利用改变土壤湿度、地表发射率、植被覆盖度叁组WRF模拟实验,结合观测数据、卫星数据研究中国干旱半干旱区土壤湿度和植被覆盖度对日温差(DTR)的影响。对比分析了中国干旱半干旱区和湿润半湿润区土壤湿度和水汽通量辐合对降水的影响强弱和影响方式。(1)经过超声虚温订正、坐标旋转、空气密度脉动订正以及平稳性检验、总体湍流特征检验、总体质量分级处理,摩擦速度(u_*)、感热通量、潜热通量、CO_2通量高质量数据所占比例分别为45%-62%、66%-68%、62%-65%、52%-54%。采用二次坐标旋转得到的高质量数据比例与采用平面拟合相比:u_*提高了17%,后叁种通量略降低2%-3%。平面拟合和分风区平面拟合两种结果的差别主要体现在_*u上,只考虑主导风向数据二次坐标旋转得到的u_*质量仍最好。综合兼顾数据质量和计算工作量,在复杂地形上处理湍流观测资料的最优坐标旋转方法是二次坐标旋转。(2)在土壤较干情况下,波文比随着土壤湿度的增加迅速降低;当土壤变湿之后,波文比对土壤湿度的变化不敏感。净辐射和水汽压差会影响波文比对较干土壤湿度的敏感性和达到稳定波文比时的土壤湿度阈值。波文比随着净辐射增加而增加,但在净辐射的高值区,尤其是土壤湿度较干时会出现波文比降低的情况。降低土壤湿度,有助于提升净辐射和水汽压差对有效能量分配的影响。水汽压差对波文比的作用是非线性的,主要依赖于不同土壤湿度和净辐射条件下水汽压差对潜热通量的正负影响强弱。(3)土壤湿度分别通过调节白天的有效能量分配和夜间地表发射率而影响日最高温(Tmax)和日最低温(Tmin),土地干旱化对Tmax和Tmin都有增温作用,对DTR的影响取决于对Tmax和Tmin影响的相对强弱。利用SACOL站和沙坡头观测站(SPD)的观测资料验证了土壤湿度对白天有效能量分配的影响要强于夜间通过地表发射率对向上长波辐射的影响,土壤湿度每增加0.1m~3/m~3,SACOL站的Tmax降低3.77℃,Tmin降低2.10℃,DTR降低1.67℃,而SPD站Tmax降低6.50℃,Tmin降低3.52℃,DTR降低2.98℃。土地干旱化导致DTR增加,相反土壤湿度增加导致DTR减小。植被覆盖度的改变对地表辐射和能量收支有重要影响。由于白天对流边界层的影响,Tmax相对Tmin受辐射和能量收支影响较小,增加的植被覆盖度通过增加地表发射率和减少土壤的加热作用而减小Tmin,因此DTR增加。土壤湿度和植被覆盖度对Tmax和Tmin的影响是一致的,但二者对DTR存在相反的作用。(4)中国干旱半干旱区和湿润半湿润区的降水受水汽传输影响强于局地蒸散。水汽传输主要影响降水效率,局地蒸散主要影响循环效率。湿润地区的降水效率和循环效率都高于干旱地区。将降水的变化分解为直接作用(影响提供降水所需水汽的能力)和间接作用(影响降水效率)。两个区域的土壤湿度对降水的影响都是间接作用明显。在湿润半湿润区的高水汽通量辐合时期土壤湿度对降水的影响最强。土壤湿度一方面通过直接和间接作用影响降水,另一方面通过影响大气中水汽传输过程而影响降水。干旱区、湿润区的水汽通量辐合对降水的影响主要体现为直接影响和间接影响;而半干旱区水汽通量辐合对降水的影响主要体现为间接影响,半湿润区水汽通量辐合对降水的影响主要体现为直接影响。
薛根元[6]2007年在《基于GIS & RS的长江流域区域地表水循环研究》文中进行了进一步梳理本文基于GIS与RS技术，应用VIC-3L模式对长江流域区域地表水循环进行研究，研究区域选在褒河流域，主要研究结论如下：(1)不同高度、纬度、坡度等都会造成气候变量空间分布的非均匀性，这时即使用多次订正误差的逐步插值法仍无法真实反映温度的小地形效应。本文提出先用高斯权重法作插值，再作逐步订正以获得温度空间分布，可明显提高空间插值精度；提出SIA方法与统计回归法结合的降水插值方案，与其他相关插值方法的对比分析表明，这一方法的插值精度较高。(2)应用ArcGIS技术提取水文模式参数。对比分析表明，这种由ArcGIS技术得到的流域内山地坡向、坡度，流域内河流流向、流速，流域边界与河网边界等与DEM计算结果相一致。(3)遥感的叶面指数较好地反映了实际叶面指数的季节变化，且遥感植被类型真实反映了地表覆盖，地表植被类型分布与遥感地表类型更为接近。应用遥感资料再次分别对地表水平衡进行了模拟研究，结果表明，模拟结果较不使用遥感资料时有明显改善，特别是入江口流量的模拟结果改善更为明显。(4)在地表水循环过程中，包括地表植被类型、土壤湿度、前期土壤湿度、地形和降水对地表径流都有可能对地表径流产生影响，进而影响到地表水循环。褒河流域1979-1984、1992-2001年地表水平衡各分量年平均值的空间分布的模拟结果表明，蒸发过程中植被蒸腾作用相对重要，地表土壤作用则相对较小。对于地表径流分布的模拟，土壤水分的空间差异不算太大，比较符合实际情况。对栅格时间序列的模拟结果表明，地表径流呈现出明显的年周期变化，这与气候与水文资料分析的结果一致的。(5)对褒河流域所进行的模拟试验，得到均匀性农田植被时流量的模拟误差达到21.82％，应用传统的植被类型资料模拟流量时的误差有下降，但有比实际流量偏少现象，达到-14.23％；应用非均匀性遥感地表类型模拟的流量为误差最小，平均误差只有1.43％。可见，地表非均匀性对于地表水循环的影响很大，这种影响进而又影响着河流的流量变化。
敬书珍[7]2009年在《基于遥感的地表特性对地表水热通量的影响研究》文中认为地表水热通量反映了地气之间水分和能量的交换过程,是目前水资源领域研究的热点。地表的复杂性直接影响着地表水热通量的空间分布,进而影响着区域内及全球的气候环境变化。近年来,随着遥感技术的发展与逐渐成熟,其宏观、实时的特点使得研究大尺度范围的水热通量及地表特性更为便捷。因此,借助遥感手段,研究地表特性对地表水热通量的影响具有重要意义。本文选用北京市为研究区域,以Landsat的TM资料为基本数据源,首先利用监督分类中的最大似然法完成了土地利用/覆盖的遥感分类,并将分类结果与1:1万地形图进行了对比分析,表明其精度较好。同时,采用线性光谱混合分析方法提取了北京市平原区的不透水面信息,通过分析分解结果均方差统计影像,发现其平均误差小于0.02 ,满足精度要求。另外,本文引入DEM数据对原始的SEBAL模型进行了地形(高程、坡度、坡向)校正;部分参数估算时对不同下垫面给出不同的经验公式,从而拓展了SEBAL模型的适用范围,基于改进后的SEBAL模型定量反演了地表水热通量,对模型反演结果进行了初步验证,结果合理可信。在此基础上,本研究定量分析了不同土地利用/覆盖类型对地表水热通量的影响。引入归一化植被指数(NDVI)、不透水率及主要地形参数(高程、坡度、坡向)来表征地表的特性,讨论了这些参数与地表水热通量的相互关系。同时还分析了城市化导致的地表水热通量的城郊差异。研究结果表明,土地利用/覆盖类型的特点影响着各通量及日蒸散发的空间分布。净辐射通量受坡度、坡向的影响较大,其最大值点对应的坡度、坡向与影像获取时刻的太阳高度角及方位角直接相关;除水面以外,土壤热通量和显热通量与不透水率呈正相关,与NDVI呈负相关;潜热通量与不透水率呈负相关,与NDVI呈正相关。各通量的分布呈现明显的城郊差异性,由城市功能核心区到远郊的生态涵养区,净辐射通量及潜热通量呈现增加趋势,而土壤热通量及显热通量呈减小趋势,日蒸散发呈增加趋势。
陆其峰[8]2006年在《陆面下边界对区域气候模拟的影响（LAI为例）及区域气候模式（CWRF+CLM）陆面遥感参数预处理研究》文中研究指明2001年1月,IPCC在上海的报告指出:过去50年观测到的大部分增暖现象归咎于人类活动,土地利用/覆盖变化是人类活动影响气候变化的途径之一。中国近二十年以来,土地利用/覆盖发生了明显变化,引起气候相应变化。数值模式成为认识天气以及气候变化的重要研究手段。陆面过程子模块是气候模式中反映地球表面物理与生物化学过程,确定地表与大气交界面物质能量交换规律的参数化方案。地面观测站点的有限性和陆面参数大时空变异性,制约了陆面物理过程刻画的准确性,遥感探测资料无疑为我们更准确描述地-气通量交换,改善区域气候模式模拟的性能提供了契机。资料同化为遥感数据合理运用到区域气候和陆面模式中搭建了桥梁,但遥感数据与数值模式、同化模式的时空分辨率、预报变量并不恰好吻合,因此,为其准备模拟性能优良的数值模式,并准备与数值模式时空相匹配、物理上合理的遥感数据就是首先要解决的问题。针对上述事实和问题,本文研究了1982-1999年中国LAI变化引起的气候响应;评价陆面参数年际间差异所引起的传播误差;建立实时卫星遥感监测气候模式陆面参数预处理系统,引进陆面参数年际变化。主要研究结论和成果如下: 1) 分析了1961-2000年中国降水、温度、日照时数、相对湿度、500hPa风场,揭示了本时段中国气候区气候跃变状况。相对而言,生态功能脆弱区、气候敏感区较易发生气候跃变,1984年左右及1993年左右比较明显。 2) 叶面积指数作为陆面过程水热计算的重要参数,其月际、年际变化直接或间接影响了与陆面有关的水热计算。陆面参数LAl年际间变化引起的传播误差在中国某些地区超过15%。因此将叶面积指数的年际变化引入到CLM3模式中。 3) 利用CLM在静态和动态的叶面积指数不同陆面属性参数条件下的模拟,在一定程度上揭示叶面积指数变化在1982-1999年的影响效力。两种情形下模拟的REOF的第一载荷并没有发生大的变化,仅第二、叁载荷有较大差异,说明叶面积指数影响对于气候变化的高频部分有贡献。 4) 分别利用MODIS叶面积指数和CLM模式自带多年月平均叶面积指数,做2003年1月和2003年7月的模拟,分析两个模拟结果月平均散度场和温度场差值图,结果表明:CWRF对LAI的变化有响应,1月份响应相对较小,不超过700hPa,夏季响应达300hPa,温度场与散度场的差异仍然不小,这种作用可能与高原地形的非线性加强有关。 5) 基于AVHRR和MODIS遥感产品,建立实时MODIS监测二级陆面产品到气候模式陆面参数的预处理系统。生成了区域气候模式和陆面模式所需的陆表参数数据库,包括:LAI数据库、地表温度、地表发射率、地表覆盖变化、植被指数、双向反照率、雪深数据库和陆表水系特征数据库等。 总之,本文通过叁个不同层面(评价水热平衡计算中与LAI有关变量、陆面模式CLM及区域气候模式CWRF因所用LAI不准确引起的差异)来检验叶面积指数不准确所产生的敏感影响,强调了陆面参数在陆面模式及区域气候模式中的作用,在此基础上,建立了由遥感数据到区域气候模式的遥感数据预处理系统,生成了区域气候模式所需的陆面参数数据库,为进一步资料同化和准确的区域气候模拟提供了数据基础。
季永平, 王丽琼, 左瑞亭, 陈猛[9]2015年在《不同积云参数化方案对新疆地表热力性模拟》文中提出本文利用区域气候模式Reg CM4.3,分别选取不同的积云对流参数化方案,对新疆地区设计模拟试验,探讨不同积云参数化方案对新疆地区冬季热力性质的模拟情况。研究发现:从地面温度场模拟情况来看,叁种积云参数化方案均能模拟出温度的空间分布,都能较好地模拟出地面温度盆地高、高大地形附近低的趋势,随纬度升高而逐渐减小,山脉附近的垂直温度梯度带也得到了较好的描述。但在具体量值方面存在差异,叁种参数化方案偏差主要集中在山脉附近,在陡峭大地形附近,地表热性质差异大,表现出强烈的非均匀性,而模式分辨率相对较粗,不足以细致刻画地表热性质的强非均匀性,造成陡峭地形附近模拟误差较大。相对于Kuo方案和Grell方案,Emanuel方案模拟偏低幅度更小,空间相关系数更大,2m高气温的模拟状况与地面温度类似,模拟新疆地区温度Emanuel方案更合适。从热通量场来看,地表吸收短波辐射随纬度增加而减小,南疆比北疆高,东边比西边高。这可能与新疆地区冬季积雪分布有关,积雪通过增强地表反照率影响地表吸收短波辐射。同地表吸收短波辐射一样,叁种参数化方案中,Emanuel方案偏差较小,空间相关系数更高,也显示出Emanuel方案更适合新疆地区。感热通量呈现明显的南北相反趋势,北疆为弱的感热通量汇,南疆为较强的感热通量源。叁种参数化方案均能模拟出北疆为地面感热通量汇,南疆为地面感热通量源的相反形势,但模拟的感热通量异常偏小,主要因为现CLM方案中实际计算感热通量时,用地面温度代替地面位温,这在海拔较低地区的平原地区,误差较小,但在高原和地形陡峭的山区,地表气压与海平面气压差异较大,用地面温度代替地面位温将产生较大误差,该近似计算会导致感热通量计算偏小。叁种参数化方案中,Emanuel计算偏小幅度小于其余两种方案,空间相关系数达到0.604,高于Kuo方案(0.561)和Grell方案(0.562)。本文研究发现感热通量计算出现异常偏小,将在后续研究中,将针对此问题,修正感热通量计算方案,以提高感热通量模拟效果。综合考虑地面温度、2m高气温、热通量场等,Emanuel方案模拟偏差都较其余两种方案小,空间相关系数大,因此,对新疆地区的模拟Emanuel方案更适合,这对于后续研究新疆地表水热状况具有十分重要的指导意义。
刘熙明[10]2006年在《非均匀边界层结构和湍流通量特征的研究》文中研究表明实际地球表面总是呈现出不同尺度不同特性的非均匀性,这必然会影响大气边界层的结构以及地气之间的能量和物质的交换,甚至对全球区域气候产生影响。本文利用LAPC承担的国家自然科学基金重点项目“地表通量参数化与大气边界层过程的基础研究”(编号40233030)获得的两次外场试验资料(白洋淀,2003年11月和2004年9月)以及大气所325m铁塔观测资料,对非均匀大气边界层的结构和湍流特征进行分析研究。最终目的是要为如何对非均匀边界层结构和湍流通量进行合理的参数化提供科学参考,从而为天气、气候数值模式中大气边界层过程的处理提供帮助。论文的主要研究内容和结论包括以下四个方面:(1)水陆非均匀边界层的结构特征研究结果表明,总体来讲,水域地区的边界层结构较陆地上的复杂,温湿结构呈多中心、多层次的特征。不稳定层结时,水域地区的对流边界层顶较陆地上的稍高,但有时陆地近地面层的比湿会比水域的大。并且,11月份,无论是层结稳定还是不稳定时,水域地区的近地面层总有一薄的逆温层存在。稳定层结时,水陆两地的边界层结构差异主要体现在低层:水域地区的地表比湿比陆地大,近地层中,水域地区的比湿随高度的递减比陆地明显,而陆地上,40-60m高度上总存在一比湿最小值区域。两地在夜间近地面层常常会有逆湿现象出现。并且,由于水热不均匀分布,该地区存在弱的局地环流。(2)水陆非均匀边界层的微气象学特征无论是平均的风、温、湿场还是辐射因子和湍流通量,水、陆地区的都有一定的差异:与水域地区相比,陆地上的气温日变化比较明显,水平风速则偏小。但在中午前后,陆地有弱的上升运动;9月份,陆地上的长波入射辐射比水域地区的大,而反射辐射则是水域地区的比陆地的稍大。水陆地区的短波入射辐射比较相近,而短波反射辐射方面水域地区明显比陆地大。水陆两地的净辐射白天非常接近,夜间两地的净辐射为负值,但水域地区的负的净辐射比陆地明显大;水陆地区的感热、潜热通量结果表明,9月份,水、陆地区的感热通量相差不大,而潜热通量比感热通量大,并且是陆地比水域地区大。11月份,两地的潜热通量相差不大,但陆地的感热通量明显比水域地区大。两地夜间都有负的潜热通量出现;平均来讲,涡动相关法得到的感
参考文献：
[1]. 复杂地形及非均匀地表水热通量参数化问题的研究[D]. 谢志清. 南京气象学院. 2003
[2]. 地表水热通量模拟尺度效应研究[D]. 陈琪婷. 中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所). 2017
[3]. 基于遥感和DEM的山区—平原地表水热通量估算及对比分析研究[D]. 杨何群. 兰州大学. 2006
[4]. 区域尺度地表水热的遥感模拟及应用研究[D]. 刘朝顺. 南京信息工程大学. 2008
[5]. 中国干旱半干旱区陆气相互作用及其对区域气候的影响[D]. 苑广辉. 兰州大学. 2018
[6]. 基于GIS & RS的长江流域区域地表水循环研究[D]. 薛根元. 南京信息工程大学. 2007
[7]. 基于遥感的地表特性对地表水热通量的影响研究[D]. 敬书珍. 清华大学. 2009
[8]. 陆面下边界对区域气候模拟的影响（LAI为例）及区域气候模式（CWRF+CLM）陆面遥感参数预处理研究[D]. 陆其峰. 南京信息工程大学. 2006
[9]. 不同积云参数化方案对新疆地表热力性模拟[C]. 季永平, 王丽琼, 左瑞亭, 陈猛. 第32届中国气象学会年会S5 干旱陆面过程与气候变化. 2015
[10]. 非均匀边界层结构和湍流通量特征的研究[D]. 刘熙明. 中国科学院研究生院（大气物理研究所）. 2006
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