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Arid
塔克拉玛干沙漠腹地陆面过程参数化与模拟
李火青
出版年2017
学位类型硕士
导师刘永强 ; 孟春雷
学位授予单位新疆大学
中文摘要陆面与人类生产生活密切相关,陆面过程是地球系统能量物质交互过程中最关键的过程之一,深刻影响着全球变化。目前,人们对陆面过程的机理描述不够完善,还有很大提升空间,陆面模型是对陆面与大气之间物质能量交互定量化描述的工具,帮助人们认识地球系统和全球气候变化的机理。陆面参数和参数化方案作为陆面模型的主要部分,起着主导作用。在本次研究中,首先分析了CoLM2014的能量、水量和动量机理,然后确定了关键参数:动力学粗糙度、热力学粗糙度、地表比辐射率、地表反照率和土壤热传导率,其次利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中站2014年的观测资料确定该地区的关键参数及参数化方案,修正CoLM2014的相关参数及参数化方案,对比分析参数修正前后的土壤温度、湿度、土壤热通量、净辐射和感热通量模拟结果,主要得出以下结论:(1)利用有大气稳定修正项的地表动力学粗糙度计算方法得到塔中站的地表动力学粗糙度z0m=2.991×10-3 m。(2)地表热力学粗糙度方案Y07更适用于干旱区,并绘制出模拟默认方案Z98和Y07计算的热力学粗糙度逐小时变化曲线图,发现Y07方案能够反映z0h随时间变化的特征。(3)通过对塔克拉玛干沙漠腹地的地表光谱观测数据结合卫星MODIS比辐射率产品估算出地表宽波段比辐射率?=0.905。(4)利用塔中观测站的辐射资料计算出2014年的反照率日均值,并根据其时间变化规律和影响反照率变化的因素,得到时间因子的反照率参数方程?=0.273(10)0.022sin?2?(7)d(10)82(8)365.25???。(5)根据热传导方程和观测资料计算出2.5、8、20 cm的土壤热传导率,再用非线性插值算法根据土壤深度将以上三层土壤热传导率插值到模式默认的10层。(6)通过文献研究和计算得到塔中站地表前浅层土壤的体积热容量cv=1.599 J·cm-3·K-1是最合适的取值。通过参数修正前后的CoLM2014对塔中站2014年的模拟,发现参数修正前的Co LM2014在塔克拉玛干沙漠腹地具有一定的模拟能力,逐天和逐小时模拟结果能够反映出地表温度、土壤温度、土壤热通量、净辐射等的变化趋势。尤其对10 cm、40 cm土壤温度的模拟精度较高,决定系数R2分别达到0.986和0.993。但是对感热通量、地表温度、土壤热通量的模拟精度较差。在中午,感热通量模拟结果偏低;地表温度在年初和年末出现频繁高估现象;土壤热通量在春季模拟值总体偏高,冬季偏低。塔克拉玛干沙漠腹地的地理环境简单、无植被覆盖、降水量极低,物质能量循环没有植被等生物参与,CoLM2014的模拟结果并不理想。参数修正后的CoLM2014模拟结果相对原始模型的均方根误差RMSE均有减小,说明模拟效果有所改善。效率系数NSE也均有提升,表明模拟效率有了提升,尤其是土壤热通量,在参数修正前的NSE不可接受,但参数修正后有了明显提升,达到可接受范围内。从总体来看,参数修正后模拟效果总体提升,说明修正的参数及参数化方案对模拟效果有积极作用。其次,参数修正后模拟结果的能量闭合率有了6.1%的提升,通过参数修正后CoLM2014模拟性能有了提升。
中文关键词陆面过程 ; CoLM2014 ; 参数化 ; 模拟 ; 塔克拉玛干沙漠
语种中文
国家中国
URLhttp://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1017712831.nh&DbName=CMFD2018
来源机构新疆大学
资源类型学位论文
条目标识符http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/257450
推荐引用方式
GB/T 7714		 李火青. 塔克拉玛干沙漠腹地陆面过程参数化与模拟[D]. 新疆大学,2017.
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