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塔克拉玛干沙漠腹地地表土壤热通量的估算及其对能量平衡的影响研究
聂泽鑫
出版年2020
学位类型硕士
学位授予单位新疆大学
中文摘要在微气象研究中,地表能量失衡仍然是一个尚未解决的问题,准确的估计地表土壤热通量对研究能量平衡非常重要。本次研究开展于塔克拉玛干沙漠大气环境综合观测试验站,利用塔中站2017年全年的数据,基于不同的估算方法,把土壤热通量校正到地表,对比得到地表土壤热通量的最优估算方法并且分析能量通量各分量的变化特征以及讨论了研究区的能量平衡特征,为深入了解塔克拉玛干沙漠的物质能量循环和气候变化过程奠定基础,从而进一步了解沙漠地区地表能量过程及相关机理,为改进和校验数值模拟具有重要意义。研究的主要结论如下:(1)利用振幅法、相位法、谐波法和热传导对流法估算土壤热扩散系数,并计算0.1 m处的土壤温度。利用0.1 m实测温度与其他三种方法的估计值相比较,谐波法的估计结果相关性较好决定系数(R~2)达到0.80,偏差(bias)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均最小,分别是0.46、2.29和1.86。所以,谐波法是估算的土壤热扩散系数的最优方法。(2)以梯度量热法估算的地表土壤热通量(G_(0g))为参考值时,强迫恢复法、Plate Cal法和热传导对流法计算的地表土壤热通量的(G_(0f)、G_(0p)和G_(0c))变化趋势基本遵循G_(0g)的变化趋势,整体变化范围在-100～300 W·m~(-2)之间。三种方法估算的地表土壤热通量(G_(0f)、G_(0p)和G_(0c))与参考值(G_(0g))相比,都呈现出不同程度的高估和低估。Plate Cal法是估计地表土壤热通量的最可靠方法。(3)塔中站不同层的土壤热通量变化曲线,随着土壤层深度增加,振幅减小,年平均日变化值范围在-80～300 W·m~(-2)之间,夜间土壤热通量的年平均日变化值呈现负值,日出后逐渐增加到最大值,而后逐渐减小,地表土壤热通量于地方时正午12点时年平均日变化达到最大值,294.98 W·m~(-2)。每个月的不同深度的月平均日变化曲线均呈现单峰型,土壤热通量的月平均日变化范围在-80～170 W·m~(-2)之间,地表土壤热通量最大值是169.30 W·m~(-2),最小值是-77.28 W·m~(-2)。(4)塔中站2017年各能量通量分量每个月的月平均日变化曲线具有相似的变化趋势。净辐射通量、感热通量和地表土壤热通量的最大值分别是394.83 W·m~(-2)、239.91 W·m~(-2)和169.30 W·m~(-2)。除潜热通量外,只有晴天的能量通量各分量变化曲线较为平滑,而浮尘、雨天和沙尘暴天气下的能量通量各分量均呈现出不同程度的波动。(5)2017年塔中地区的能量闭合率最高的月份是6月,达到了98%,最低在2月,只有41%。对于能量平衡残差来言,日出和日落时,能量平衡残差趋近于0,能量平衡闭合程度最好,并在部分时段出现过能量平衡闭合现象。(6)SMAP遥感反演的地表土壤热通量(G_(0r))与Plat Cal方法估计的地表土壤热通量(G_(0p))日均值对比进行量化分析,两者的相关性较差。SEBS区域模型模拟的地表土壤热通量(G_(0s))和G_(0p)进行量化分析,两者的相关性较好决定系数R~2达到0.77,但是模型模拟的误差较大。Noah模型模拟的0.05 m土壤热通量(G_(0.05n))相较0.05 m实测土壤热通量(G_(0.05))而言出现了不同程度的高估和低估。Noah模型模拟的0.05 m土壤热通量与实测值的日均值变化趋势相同,两者相关性较好。Noah模拟的土壤热通量结果更加精确。
中文关键词土壤热扩散系数 ; 地表土壤热通量 ; 地表能量平衡闭合
语种中文
国家中国
中图法分类号P422.4
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/2XILL650/355470
作者单位新疆大学
推荐引用方式
GB/T 7714		 聂泽鑫. 塔克拉玛干沙漠腹地地表土壤热通量的估算及其对能量平衡的影响研究[D]. 新疆大学,2020.
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