检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王妍中国科学院大学

学位级别：博士

以氮输入和水调节为主要特征的人类活动影响氮素从陆地到河流及海洋的传输，威胁河流与近海水环境及生物多样性。定量评估人为扰动和气候变化对土壤及河流氮输送的影响对于生态环境保护和可持续发展具有重要意义。然而，目前陆面过程模... 详细信息

以氮输入和水调节为主要特征的人类活动影响氮素从陆地到河流及海洋的传输，威胁河流与近海水环境及生物多样性。定量评估人为扰动和气候变化对土壤及河流氮输送的影响对于生态环境保护和可持续发展具有重要意义。然而，目前陆面过程模式对河流氮输送及人为扰动的描述并不完善，并缺乏从全球尺度上对人为扰动和气候变化影响的探讨。因此，本博士论文的研究目标是:发展考虑人为扰动和河流氮输送的陆面过程模式，从全球尺度定量评估人为扰动和气候变化对土壤及河流氮输送的影响。围绕上述研究目标，本论文在模式发展、验证及应用方面开展工作，主要结果与结论如下:　　(1)发展了考虑人为扰动和河流氮输送过程的陆面过程模式。将构建的土壤可溶性有机氮(DON)流失方案、河流可溶性无机氮(DIN)和DON输送方案、水库调蓄及地表水取用方案与陆面过程模式CAS-LSM耦合，发展了考虑人为扰动和河流DIN及DON输送的陆面过程模式。基于所发展的模型，针对全球1981-2013年进行数值模拟与验证，并揭示了全球河流DIN和DON输送的时空变化。结果表明:模拟的河流流量、河流DIN和DON输出量与观测较吻合，河口DIN、DON浓度与观测相比偏大。在1981-2013年，全球河流向海洋的DIN输送量呈现先下降后上升的趋势，多年平均值为17.6TgNyr-1;DON输送量年际变化较小，多年平均值为11.7TgNyr-1。在热带和北半球高纬度地区人类活动影响较小的河流中，河流氮的主要形式是DON，而在北半球温带人为扰动较大的河流中，DIN往往占主导地位。就地区而言，全球DIN输出的主要热点区域是北美洲、欧洲和东亚等人类活动强度大的地区，而DON输出的主要热点区域是南美洲、北亚和东南亚等热带和北半球高纬度地区。研究结果增加了对全球氮循环尤其是不同地区土壤和河流氮输送过程的认识。　　(2)研究并揭示了人为氮输入和水调节对土壤及河流氮输送的影响。基于所发展的模型，利用全球大气氮沉降、无机氮肥、有机肥料、点源污染排放、地下水及地表水取用数据集，针对1981-2013年进行数值模拟试验。结果表明:大气氮沉降、无机氮肥能显著增加全球土壤氮流失，而有机肥料的影响较小。大气氮沉降、施肥和点源污染使得全球大多数河流可溶性氮(DN)通量(DIN和DON通量之和）显著增加，且过去33年其对河流至海洋的DN输出量的影响呈增加趋势。另一方面，地下水和地表水取用通过改变土壤的水热环境来影响土壤氮流失过程。地下水开采减少了地下径流，导致印度北部的DN地下淋溶量明显减少，河流DN通量也相应减少。灌溉导致地表径流增加，进而增加了土壤DN流失，使得中国华北和美国中部等地区的多数河流DN通量有所增加。水库调蓄与地表水取用发挥了拦截作用，显著减少了河流DN通量。研究结果加深了对人为氮输入和水调节影响土壤及河流氮输送过程的认识，为氮输入管理提供了科学支持。　　(3)研究并揭示了土壤及河流氮输送对气候变化和CO2浓度升高的响应，并量化不同环境因子对河流氮输送变化的贡献。利用所发展的模型，针对1981-2013年进行数值模拟试验，结果表明:气候变化可能会增加或减少河流DN通量，这取决于具体的水文气候条件。北半球中高纬度大部分地区土壤DIN流失和河流DIN通量显著减少，尤其是大陆性湿润气候区;暖温带和亚热带大部分地区河流的DIN通量显著增加，赤道热带地区的河流DIN通量减少。由于降水和气温的增加促进了土壤有机质的分解，北半球大部分地区土壤DON流失和河流DON通量增加。亚热带及赤道热带地区土壤DON流失和河流DON通量减少。CO2浓度升高导致北半球大部分地区土壤DIN流失和河流DIN通量都显著减少，尤其是在温带氮可用性较高的地区。相反地，CO2浓度升高显著增加了全球大部分地区河流的DON通量。对于非洲、北美洲、北亚和东南亚地区，气候变化是河流DN输出变化的主导因素;对于欧洲、南亚和西亚地区，气候变化和人为氮输入的变化对于河流DN输出的变化的重要性相当;而对于东亚地区，人为氮输入是河流DN输出变化的主导因素，气候变化的影响很小。研究结果为不同地区结合全球变化背景制定合理有效的管理策略控制氮污染、改善河流水质提供了科学依据。

关键词：气候变化人为扰动氮输送陆面过程模式

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基于多种观测算子的双通微波陆面数据同化系统研究

基于多种观测算子的双通微波陆面数据同化系统研究

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作者：贾炳浩中国科学院研究生院

学位级别：博士

土壤湿度在陆气相互作用中起着十分重要的作用,它通过改变陆面与大气之间的水分交换以及地表能量中感热和潜热通量的分配,从而对天气、气候产生较大影响。利用陆面模式和观测的有用信息得到土壤湿度等陆面变量的最优估计的陆面数据同化... 详细信息

土壤湿度在陆气相互作用中起着十分重要的作用,它通过改变陆面与大气之间的水分交换以及地表能量中感热和潜热通量的分配,从而对天气、气候产生较大影响。利用陆面模式和观测的有用信息得到土壤湿度等陆面变量的最优估计的陆面数据同化研究,对于改进数值天气预报与短期气候预测研究具有重要意义。本博士论文的主要研究目标是发屋基于多观测算子、能同化微波亮温并优化模型参数和状态变量(土壤湿度)的双通微波陆面数据同化系统,获取高时空分辨率陆表变量同化数据集。围绕上述研究目标,本论文在微波亮温模拟平台、陆面数据同化系统研发、以及高时空分辨率大气强迫场等方面开展研究,发展了基于陆面过程模型和辐射传输模型的微波亮温模拟系统,为卫星微波亮温模拟提供模式平台；建立一个基于多观测算子的双通微波陆面数据同化系统,它能够回化微波亮温且优化模型参数和状态变量(土壤湿度)；利用基于FY-2C的高时空分辨率大气强迫场驱动此系统,以及基于微波亮温资料,发展了高时空分辨率陆表变量回化数据集。论文主要成果总结如下:\n (1)通过对高时空分辨率大气强迫场的评估研究,揭示了基于FY-2C的太阳辐射等数据集具有较高的可信度。利用地面辐射观测和三种其它卫星产品(ISCCP-FD、GEWEX-SRB和FLASHFlux)来验证和评估FY-2C反演的地表入射太阳辐射,结果表明:FY-2C不仅与地面观测比较接近,而且能够抓住地表太阳辐射的时间变异性。与其它三个卫星产品相似,FY-2C在东北区域表现最好,平均偏差不到3 W/m2且相关系数高达0.97,其次是在西北区域,但华北区域的偏差最大(8.55 W/m2),华南区域的相关性最差(0.86)。对比分析了再分析资料的地表入射太阳辐射估计,NCEP-DOE和ERA-Interim明显高估地面观测的太阳辐射,其与观测的偏差分别为46 W/m2和27 W/m2。这些结果表明,基于FY-2C的太阳辐射等数据集具有较高的可信度。\n (2)发展了基于陆面过程模型和辐射传输模型的微波亮温模拟系统,为卫星微波亮温模拟提供模式平台。将微波辐射传输模型CMEM与陆面过程模型CLM3.0耦合,从而建立了从大气强迫模拟微波亮温的模式CMEM-CLM。把CLM3.0输出的土壤含水量、土壤温度、地表温度等陆表状态变量映射到由微波亮温构成的观测空间,利用AMSR-E的观测资料验证CMEM-CLM在东亚区域的表现。结果表明:CMEM-CLM模拟的垂直极化微波亮温与观测更接近,其均方根误差为15 K,而水平极化则超过30 K。在华北北部和西北区域,CMEM-CLM与观测吻合较好,相关系数超过0.8,而在华北南部和长江中下游区域的模拟效果较差(相关系数小于0.7)。这些结果说明本论文所建立的微波亮温模拟系统能够很好的反映微波亮温的真实情况,可以直接应用到陆面数据同化系统。\n (3)建立了基于多种观测算子的双通微波陆面数据同化系统,生成了具有更高精度的中国区域高时空分辨率陆表变量同化数据集。将土壤水模型作为预报算子,辐射传输模型QH作为观测算子,发展了包括参数优化和土壤湿度同化的双通土壤湿度同化方案,同化结果表明该方案的合理性。将上述发展的方案并结合观测算子QH、LandEM和CMEM实现与陆面过程模型CLM3.0的耦合,从而建立了基于多种观测算子的双通微波陆面数据同化系统。该系统以陆面过程模型CLM3.0作为核心,采用SCE-UA方法优化参数并利用POD-4DVAR同化方法直接同化微波亮温。利用上述同化系统以及AMSER-E亮温和所评估的高时空分辨率大气强迫开展同化试验,研究观测算子对同化模拟的影响。结果表明:不同观测算子对应的同化土壤湿度更接近地面观测并能很好的反映其时间变异性；同化后的地表径流比模拟在我国大部分区域都有不同程度的改善。这些观测算子在不同区域的表现不同,CMEM观测算子的同化结果在长江中下游区域与观测的平均偏差仅为0.0008 m3/m3,相关系数达0.72,与观测最吻合；LandEM观测算子在西北区域与观测的均方根误差最小(0.028 m3/m3)；QH观测算子在华北和西北区域与观测的相关系数最高(分别为0.66和0.44)。通过以上研究,生成了具有更高精度的2005年7月-2010年6月中国区域高时空分辨率陆表变量同化数据集(0.25°×0.25°,1小时),能够为短期气候预测、数值天气预报等提供更真实的陆面初始场。

关键词：数据同化陆面过程模式微波遥感资料辐射传输模型土壤湿度

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条件非线性最优扰动（CNOP）方法在陆面参数敏感性试验及参数优化中的应用探索

条件非线性最优扰动（CNOP）方法在陆面参数敏感性试验及参数优化...

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作者：李红祺南京大学

学位级别：博士

陆面过程模式是研究陆地—大气相互作用及与之相关的天气和气候变化的重要工具之一。由于观测数据和科学认知水平的局限，现行的陆面过程模式并不能很好地适用于所有的下垫面类型，特别是对半干旱区的陆面特性和地表—大气间的能量和水... 详细信息

陆面过程模式是研究陆地—大气相互作用及与之相关的天气和气候变化的重要工具之一。由于观测数据和科学认知水平的局限，现行的陆面过程模式并不能很好地适用于所有的下垫面类型，特别是对半干旱区的陆面特性和地表—大气间的能量和水分交换过程的描述能力仍然十分的有限。制约陆面过程模式模拟能力最直接的因素除了模式物理过程参数化方案未臻完美之外，模式中众多参数的取值的不确定性也是另一个主要原因。这些不确定性主要源于观测条件的限制或参数取值缺乏针对性。\n 本文基于长期连续的半干旱区陆地—大气相互作用外场强化观测试验资料，尝试将我国科学家发展的条件非线性最优扰动(CNOP)方法运用到陆面过程模式参数敏感性试验和参数优化领域。CNOP基本原理是在参数的物理条件限制之下，通过优化算法调整模式变量，使得预报时刻的模式结果非线性偏差达到最大值。该方法目前已为开始扩展应用于了参数优化分析领域，但在陆面过程模式参数优化领域尚未有涉及。本文尝试将其扩展到陆面过程模式参数优化工作，并对其应用效果进行了初步的探索。此外，本文还对集合卡尔曼滤波(EnKF)方法在陆面参数优化中的使用进行了探讨，并与CNOP方法的优化结果进行了对比。论文主要的研究和结论有:\n 1)使用超级立方体取样—一阶扰动(LHS-Oat)算法，针对通用陆面模式(CoLM)的几个关键陆面参数，使用2003年、2008年不同时间段的吉林通榆退化草地和甘肃榆中黄土高原观测站的试验资料，分别作了参数敏感性分析。通过得到的敏感性排序结果，证实了LHS-Oat方法在陆面过程模式参数敏感性分析方面的可行性和性能。在此基础之上，将CNOP方法引入陆面参数敏感性结果的检验工作中，对LHS-Oat方法获得的敏感性排序做分组检验。结果表明较高敏感性的参数所能导致的非线性不稳定远远超过较低敏感性的参数造成的非线性不稳定，从而验证了LHS-Oat方法分析得到的陆面参数敏感性排序的正确性;\n 2)在得到陆面参数敏感性排序后，为了获得对应于不同下垫面类型的主要陆面参数最优值，本文对CNOP方法扩展到陆面过程模式的参数优化领域进行了探索。利用2003、2006和2008年3个时间段通榆退化草地和榆中黄土高原站的试验数据和通用陆面过程模式，分别设计了单参数和多参数优化试验。结果表明，使用优化后的参数，CoLM模式模拟的地表温度、水热通量等有了较大改善，并且多参数优化试验的结果明显优于单参数优化试验，特别是对土壤湿度的模拟而言。这证实了CNOP方法扩展到陆面过程模式参数优化领域的可行性，且在扩展CNOP方法时使用了差异进化算法(DE)，在保证优化过程收敛速度的同时，使得整个优化流程简便易于移植。这一探索性研究表明，CNOP方法扩展应用于陆面过程模式的参数敏感性试验和参数优化领域是可行的，并且由于CNOP方法具有数理意义明晰、结构简单、易于实现等等特点，使得它在陆面参数优化领域具有一定的优越性和较大的应用潜力;\n 3)本文还尝试将资料同化研究领域的一个相对成熟的方法—EnKF方法通过状态扩展技术引入陆面过程模式的参数优化工作中。在前人理想试验的基础上，用真实观测资料作为观测场，进行陆面参数优化试验，通过对CoLM的2个参数进行同化，EnKF方法在陆面过程模式参数优化方面获得了初步的成功，并获得了与CNOP方法结果相近的优化参数，数值上的差异应当来源于同化时所用的模式变量的不同。这进一步丰富了我们的研究手段。与CNOP方法相比，EnKF同样具有坚实的数理基础和更为广泛的应用历史，并且能在优化过程中得到参数与变量的背景协方差矩阵的变化，为直观的了解优化过程中背景误差的变化提供了便利，但其对误差正态分布的要求以及其优化的参数必须在出现在每个同化步的限制，使得其所能同化的陆面参数较CNOP方法少，应用前景稍差。\n 本文有关陆面参数敏感性试验的结果对于指导外场观测试验的设计和发展模式物理过程参数化方案具有积极的指导意义;而陆面参数优化使得陆面模式的整体模拟性能有了较显著的提高。基于本文的研究，可以构建一套从陆面参数敏感性判断到参数优化的完整方案，结合不同的外场观测试验，将能够获得一套典型下垫面类型的最优陆面参数集，有望改进陆—气耦合模式的模拟和预测性能。

关键词：陆面过程模式陆面参数 CNOP方法参数优化条件非线性最优扰动敏感性试验

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冻土对气候变化的响应及基于POD方法的降维外推算法研究

冻土对气候变化的响应及基于POD方法的降维外推算法研究

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作者：高骏强华北电力大学(北京)

学位级别：博士

冻土是冰冻圈的重要组成部分,不仅分布广泛,而且在相变过程中对于水分、能量传输过程影响重大,是陆面生态系统中极其重要、不可忽视的下垫面。土壤冻结/融化界面位置的移动影响陆地生态碳循环过程以及局部甚至全球气候变化,同时由于其... 详细信息

冻土是冰冻圈的重要组成部分,不仅分布广泛,而且在相变过程中对于水分、能量传输过程影响重大,是陆面生态系统中极其重要、不可忽视的下垫面。土壤冻结/融化界面位置的移动影响陆地生态碳循环过程以及局部甚至全球气候变化,同时由于其对气候的敏感性,是气候变化的灵敏指示器。获取准确的冻结/融化深度信息对地表能量平衡、高寒生态、水文径流、寒区工程和温室气体排放等有重要作用。在实际工程计算中,使用数值解法是求解偏微分方程的有效途径。但是,数值解法求解方程的维数与区域剖分节点的数目是正相关的。为了得到足够的精度,定解区域需要更精细的划分,相应的计算量也会增大。这意味着在计算过程中将有巨大的计算量,同时需要计算机具有庞大的内存容量。研究如何在保证足够精度的前提下,降低计算的自由度、简化计算、节省计算时间和所需内存空间这一科学问题具有重要意义。针对以上科学问题,本研究发展了考虑冻融界面动态变化的冻土参数化方案,并将其与陆面过程模式CLM4.5耦合,进而利用新模型揭示冻土对全球气候变化的响应过程。同时,本研究运用POD方法构建降阶有限差分模型,由于使用模拟初始很短时段的数值结果构建POD基,再外推进行未来时段模拟,避免了现有POD降阶模型重复计算的缺陷。主要成果结论如下:（1）利用117个站点观测资料分析了内蒙古最大土壤冻结深度变化过程。伴随着温度的变化,内蒙古地区的最大土壤冻结深度具有明显的季节变化,冻土主要出现在冬、春季。且随着纬度的增加,冻土深度对于温度的响应具有滞后性。内蒙古地区冻土自西向东大致呈现出先升高后降低的趋势,最大值出现在呼伦贝尔草原、锡林郭勒草原区域,极值超过了260cm。同时,最大冻土的空间分布与空气温度的空间分布体现了很高的相关性。全年、冬季、春季的相关系数分别为-0.819,-0.782,-0.787。近36年来,内蒙古地区最大土壤冻结深度呈现明显的下降趋势。与之对应,内蒙古地区的平均温度呈上升趋势。这些结论表明,土壤冻结深度与气候变化密切相关。尤其是部分生态脆弱的多年冻土区,微小的气候变化可能就会导致较大影响。进一步证明了深入研究土壤冻结融化时空变化的必要性。（2）将双向Stefan方法与垂直一维土壤热扩散方程耦合,并进行了一系列敏感性试验以及青藏高原D66观测站点的试验验证。结果表明,新模型可以稳定、准确地模拟出冻融界面的动态变化。与此同时,新模型还能够提高土壤温度的模拟能力。这是因为在耦合过程中,将冻融界面位置视为0℃等温线深度,从而更新了土壤温度垂直廓线分布。陆面过程模式CLM4.5同样适用热扩散方程模拟具有垂直分层的土壤温度,因此,上述试验结果为接下来在CLM4.5中耦合包含冻融界面的新冻土参数化方案提供了理论依据。（3）利用双向Stefan冻融界面模拟方法,结合CLM4.5自身的算法过程,发展得到了考虑冻融界面变化的陆面过程模式CLM4.5FTF。为了评估新模式的模拟能力,我们在多年冻土区D66站点、季节性冻土区葫芦沟站点进行了日尺度上的模拟验证。同时,在年际尺度上对北半球高纬度多年冻土区活动层进行了模拟,并模拟了中国区域不同冻土类型的分布特征。所得结果同样与观测数据相一致。这证明了新发展模型的合理性和有效性。在此基础上,我们运用该模型模拟1970-2010年全球冻土的空间分布和变化趋势。结果表明,在全球气候变暖的大背景下,多年冻土区活动层厚度逐渐加深,季节性冻土最大冻结深度除黑海、里海周边区域基本呈下降趋势。进一步的研究结果表明,是由于该地区大气强迫数据的冬季空气温度的下降导致了冻结深度的加深,模拟结果是合理的。（4）我们将POD降阶方法与包含沉积物浓度的二维浅水方程经典有限差分格式、Maxwell方程的经典FDTD格式相结合,分别构建了新的降阶外推差分模型。针对现有POD降阶模型通常存在的重复计算的问题,本研究使用初始很小时段的结果计算POD基,以此构建降阶模型再进行外推模拟。研究证明了新发展的两个POD降阶差分模型数值结果的误差估计,以此为根据确定选取POD基的个数以及是否更换POD基。对于每个新模型,通过两个数值算例试验,我们证明了POD降阶外推差分模型在解决包含沉积物浓度的浅水方程问题、以及Maxwell方程都是非常有效的。

关键词：冻土冻融界面双向Stefan方法陆面过程模式特征正交分解有限差分方法

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利用“模拟—校正”法估算黄土高原半干旱区陆面蒸散发

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水土保持研究 2020年第2期27卷 178-184,192页

作者：杨扬孙旭映张良王丽娟胡蝶中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点实验室兰州730020

研究区域气候变化及干旱监测,需要准确估算陆面蒸散发。利用兰州大学半干旱气候与环境监测站SACOL的观测资料,以CLM模式模拟的蒸散发量和MODIS观测的归一化植被指数(NDVI)为基础,构建了一种"模拟—校正"的新方法,用于估算黄... 详细信息

研究区域气候变化及干旱监测,需要准确估算陆面蒸散发。利用兰州大学半干旱气候与环境监测站SACOL的观测资料,以CLM模式模拟的蒸散发量和MODIS观测的归一化植被指数(NDVI)为基础,构建了一种"模拟—校正"的新方法,用于估算黄土高原半干旱区草地下垫面的蒸散发。结果表明:CLM较好地模拟了蒸散发的变化趋势,但模拟值较观测值存在较大的偏差。干旱条件下CLM模拟的蒸散发相对误差与NDVI成正比,随NDVI的增大而增大;湿润条件下,相对误差与NDVI之间满足二次曲线变化规律。经过新方法校正CLM模拟的蒸散发以后,估算的蒸散发与观测值间的偏差显著降低,平均偏差由9.71 W/m^2减小到2.77 W/m^2,均方根偏差由34.16 W/m^2减小到8.58 W/m^2,相关系数由0.67增加到0.94。"模拟—校正"法由于考虑了植被的作用改进了黄土高原半干旱区蒸散发的估算效果。

关键词：蒸散发陆面过程模式归一化植被指数 “模拟—校正”法干湿环境条件

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北京大学陆气耦合模式的研发及检验

北京大学陆气耦合模式的研发及检验

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作者：郑辉北京大学

学位级别：博士

陆地表面和大气边界层是地球气候系统中的关键组成部分。陆面物理、生化过程以及大气边界层湍流输送过程对全球能量、水分循环以及气候变化有着显著的影响。陆地表面地表类型多样，物理、生化过程复杂，陆地与边界层之间存在非线性的相... 详细信息

陆地表面和大气边界层是地球气候系统中的关键组成部分。陆面物理、生化过程以及大气边界层湍流输送过程对全球能量、水分循环以及气候变化有着显著的影响。陆地表面地表类型多样，物理、生化过程复杂，陆地与边界层之间存在非线性的相互作用。为了定量地研究陆气相互作用机理，需要发展复杂的陆面过程－大气边界层耦合模式。本文在“我国西北典型干旱半干旱区能量和水分循环观测试验与分析”项目观测资料的支持下，分三个步骤建立了北京大学陆－气耦合模式。首先，发展了北京大学陆面过程模式PKULM（Peking University Land Model），利用巴丹吉林沙漠以及平凉农田地表观测资料检验了模式，并针对土壤反照率、比辐射率、地表粗糙度、叶面积指数等关键地表参数及二氧化碳浓度加倍这一气候情景开展了敏感性实验，验证模式的正确性；然后，建立了北京大学大气边界层模式PKUBLM（Peking University Boundary Layer Model），利用敦煌GPS探空资料，检验了模式对大气边界层垂直结构的模拟能力；最后，将PKULM与PKUBLM耦合起来，建立了北京大学陆－气耦合模式，并对一个理想的沙漠－绿洲局地气候系统进行模拟研究，检验了耦合模式的模拟结果。主要结论如下：（1）建立了北京大学陆面过程模式PKULM。北京大学陆面过程模式考虑了辐射传输、近地层湍流输送、光合作用、土壤水热输送、冠层降水截留这五个物理、生化过程及其相互作用。针对植被光合作用，PKULM采用显式的生化机理模型模拟碳同化过程，采用Ball-Berry模型模拟气孔阻抗，并改进了计算方法，使用二分查找算法避免了牛顿迭代方法在环境水汽压较低时气孔阻抗计算不稳定的问题，使模型能够适用于干旱半干旱地区；采用二流近似模型分别模拟可见光、近红外两个波段的直射与散射辐射在冠层中的透射、反射以及散射过程；采用阻抗模型模拟湍流输送过程，将整个植被冠层视为一片“大叶子”，根据Monin-Obukhov相似性理论，建立了近地面层中热量、水汽、二氧化碳通量与气象要素之间的函数关系，由此计算不同大气稳定度条件下的湍流通量；使用多层土壤热传导模型模拟土壤温度变化情况；采用基于土壤毛细水势的水分扩散方程模拟土壤湿度分布，该方法将土壤饱和区与不饱和区的水分运动方程统一起来，能够直接模拟土壤湿度与地下水的相互作用。（2） PKULM模拟了巴丹吉林沙漠以及平凉农田这两个下垫面上地气间能量、水汽交换通量，并与地表通量观测资料和NOAH陆面过程模式模拟结果进行了比较。结果表明：PKULM能够准确地模拟干旱半干旱区典型下垫面上陆气交换过程。在此基础上，分别在沙漠下垫面上进行了改变地表反照率、比辐射率、粗糙度的敏感性实验，在农田下垫面上进行了双倍叶面积指数以及二氧化碳浓度加倍的数值模拟实验，进一步验证了陆面过程参数化方案的合理性。（3）改进了北京大学边界层模式PKUBLM。北京大学大气边界层模式是一个流体静力学模式，垂直方向上采用地形跟随坐标，水平方向上采用标准的Arakawa-C交错格点，时间上采用前向差分格式，湍流闭合方案使用Yamada1.5阶方案；模式是一个三维模式，能够模拟大气运动以及热量、湍流动能在水平和垂直方向的平流输送过程。本文使用PKUBLM模拟了敦煌戈壁上不同时刻的大气边界层位温以及风速廓线，并与GPS探空资料进行了比较。结果表明，PKUBLM能够合理地模拟大气边界层垂直结构特征及其日变化过程。（4）建立了北京大学陆－气耦合模式。PKUBLM与PKULM利用近地面层10m高度风速、温度场以及2m高度温度、特征风速场实现了耦合。在此基础上，本文设置了一个沙漠－绿洲理想个例试验。在试验中，耦合模式模拟出了不同下垫面上大气边界层垂直结构的不同，以及地表热力性质差异所驱动的大气环流，耦合模式模拟结果正确合理。

关键词：陆面过程模式大气边界层模式陆气相互作用气孔导度干旱区半干旱区

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利用陆面模式和遥感经验模型估算半干旱区陆面蒸散量

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水土保持研究 2020年第5期27卷 147-153,159页

作者：杨扬王丽娟岳平孙旭映杜昊霖中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点实验室兰州730020

陆面蒸散发是地表水循环和能量循环的重要组成部分,准确的估算蒸散发对区域气候研究和干旱监测有重要意义。利用公用陆面过程模式CLM 4.0模式输出的高时间分辨率的净辐射、地表温度作为遥感经验模型的输入,结合SACOL站观测资料估算了西... 详细信息

陆面蒸散发是地表水循环和能量循环的重要组成部分,准确的估算蒸散发对区域气候研究和干旱监测有重要意义。利用公用陆面过程模式CLM 4.0模式输出的高时间分辨率的净辐射、地表温度作为遥感经验模型的输入,结合SACOL站观测资料估算了西北半干旱区的陆面蒸散发,并将估算值与观测值进行了对比分析。结果表明:CLM模式对净辐射、地表温度的模拟性能较理想,与观测值的RMSE,MAPE相对较小,相关性更高。遥感经验模型估算的SACOL站陆面蒸散发与实测值的偏差较小,CLM模式模拟的蒸散发与观测值的一致性较好,但模式较观测值偏大。基于CLM模式模拟得到更为准确的净辐射、地表温度和NDVI估算得到的蒸散发与观测值的变化趋势较为一致,两者的误差较小,相关性更好,对半干旱区蒸散发的估算精度有显著提高,且能够得到更高时间分辨率的陆面蒸散发。

关键词：陆面蒸散发遥感经验模型陆面过程模式归一化植被指数半干旱区

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一种区域气候模式地表产流方案的改进及数值试验

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气象科学 2006年第1期26卷 31-38页

作者：丁彪曾新民解放军理工大学气象学院南京211101

本文针对陆面过程模式BATS中没有水文非均匀描述的这一缺陷,将更符合物理过程实际的考虑入渗非均匀和降水非均匀的水文模型VXM并入BATS,并将此改进后的陆面过程参数化方案与MM5V3耦合。利用该区域水文气候模式模拟1990、1991和1998年夏... 详细信息

本文针对陆面过程模式BATS中没有水文非均匀描述的这一缺陷,将更符合物理过程实际的考虑入渗非均匀和降水非均匀的水文模型VXM并入BATS,并将此改进后的陆面过程参数化方案与MM5V3耦合。利用该区域水文气候模式模拟1990、1991和1998年夏季风气候,对模拟结果分析得知,总体上该模式的模拟能力对入渗非均匀和降水非均匀的响应是敏感的,而且考虑入渗非均匀和降水非均匀后模式的模拟能力得到了一定的提高。

关键词：区域气候陆面过程模式水文模型入渗非均匀降水非均匀

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大尺度水文模型及其与陆面模式的耦合研究

大尺度水文模型及其与陆面模式的耦合研究

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作者：苏凤阁河海大学

学位级别：博士

为了确定大尺度区域水文循环及能量收支、能够根据GCM给出的气候预测，研究和解决变化环境中的水文水资源问题，评估和监测大流域的径流过程和水资源量的动态变化规律，需要研制和建立大尺度分布式水文模型。气候变化中陆面水文过程既... 详细信息

为了确定大尺度区域水文循环及能量收支、能够根据GCM给出的气候预测，研究和解决变化环境中的水文水资源问题，评估和监测大流域的径流过程和水资源量的动态变化规律，需要研制和建立大尺度分布式水文模型。气候变化中陆面水文过程既是重要的参与者，同时也受到这些变化的影响。对气候模型中陆面水文过程的了解和模拟能力，依然是气候变化可靠预测的前提。目前气候模式中对水文过程处理相当粗糙，尤其是对径流作过分简单的处理。为了改善全球环流模型中对陆面水文过程的描述，提高气候模型的模拟预测精度，有必要实现大尺度水文模型与气候模型的联结耦合。为了研究变化环境中的水文水资源问题以及改善陆面模式中对水文过程的描述，以提高GCM的模拟预测精度，本文主要进行了以下研究内容： (1)分布式大尺度水文模型的研制及应用。以新安江流域水文模型为基础，建立了以网格为计算单元适合大尺度应用、时间尺度为月的分布式水文模型。所建模型主要供评价气候变化对水文水资源影响之用，同时也为陆气耦合所要求的水文模式作初步探讨。研究区域为淮河流域27万平方公里，并对该流域1953-1985年的逐月流量过程进行了模拟计算，分析了假定的气候变化情景对淮河流域年径流的影响。 (2)新安江网格化月水文模型的改进。由于计算时段加长，雨强均化，导致原新安江月水文模型在淮河流域的应用中，网格径流深出现了大量不合理的零值。本文提出了改进办法，通过对模型应用结果的分析，说明改进后的新安江月水文模型，其产流计算更加合理。针对研究过程中所遇到的实际问题，本文提出了两种解集方法，将月降雨量解集到日。然后以时间步长为日，运行新安江模型，用模拟的月径流过程验证了解集方法的合理性。 (3)水文模型与陆面模式的耦合研究。这里耦合的含义是指，把水文学中的产汇流概念和理论用于陆面模式中以改善以往陆面模式对水文过程描述的不足。而已包含在气候模型中的陆面模式正是水文模型与气候模型耦合的共同界面。本文在已建立的陆面模式AVIM中，引入产汇流模型，模拟了内蒙古锡林河流域1991-1994年的土壤温湿状况、地表通量和径流量。并对耦合水文模型的陆面模式做了敏感性试验，结果表明，陆面模式中径流的描述合理与否，将＠8 一对土壤温湿及地表通量产生显著影响。

关键词：大尺度水文分布式水文模型陆面过程模式陆气耦合径流模拟

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土壤湿度和气候变化关系研究中的某些问题

引用

地球科学进展 2001年第4期16卷 563-568页

作者：马柱国符淙斌谢力陈文海陶树望中国科学院大气物理研究所全球变化东亚研究中心北京100029 中国民航天津管理局民航气象台天津300300 中国气象科学研究院地球环境室北京100081

从土壤湿度研究的历史出发 ,阐述了土壤湿度在气候变化乃至全球变化研究中的重要性 ;并从土壤湿度研究的科学背景出发 ,总结和综合评述了该研究领域所存在的两个重要科学问题及其研究现状。最后。

关键词：土壤湿度区域气候变化陆面过程模式数值模拟水文模式前期降水量指数法

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