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

摘要

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LAI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、三载荷有较大差异，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，本文通过三个不同层面(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。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录、表目录

学位论文独创性声明及学位论文使用授权声明

第一章引言

第二章1961-2000年中国一些气象要素的统计事实

2.1引言

2.2分析方法

2.3中国气候区的经、纬向风变化趋势

2.4气温及其异常强度变化分析

2.5降水变化趋势

2.6日照时数

2.7相对湿度

2.8温度和降水与LAI的相关性

2.9结论

参考文献

第三章月际和年际叶面积指数差异在地表水热传输计算中的误差分析

3.1引言

3.2资料介绍

3.3中国叶面积指数年际及月际间变化规律

3.4 AVHRR和MODIS的LAI在中国区的差异

3.5 LAI月际间和年际间变化在水热传输中的影响分析

3.6结论

参考文献

第四章CLM模拟性能检验

第五章LAI差异在陆面及区域气候模式模拟中的影响

5.1引言

5.2由日平均和日极值计算日变化气象要素的算法

5.3静态与动态LAI条件下模拟结果的REOF旋转比较分析

5.4动态LAI与平均LAI的差异在高空产生的可能影响

5.4.1模式简介

5.4.2结果分析

5.5小结与讨论

参考文献

第六章区域气候模式所需陆面遥感参数预处理

6.1引言

6.2一些重要的陆面遥感相关参数

6.2.1植被指数

6.2.2植被分类

6.2.3粗糙度的计算

6.2.4反照率

6.2.5数字高程与水系提取

6.3结论

参考文献

第七章总结与讨论

附表1

附表2

附表3

博士研究生期间发表论文目录及参与的科研项目

致谢