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基于陆面数据同化系统改进中国区域土壤湿度的模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《高原气象》2017,(3)
利用中国区域地面气象要素驱动数据集(China Meteorological Forcing Dataset,CMFD),驱动中国科学院大气物理研究所陆面数据同化系统(LDAS-IAP/CAS-1.0),得到了2003—2010年中国区域土壤湿度数据集,同时不考虑同化卫星遥感亮温数据,直接驱动CLM3.0模拟了2003—2010年中国区域土壤湿度时空变化。将二者土壤湿度模拟结果、地面土壤湿度观测值、美国国家环境预报中心(NCEP)气候再分析数据(CFSR)、基于主动和被动微波传感器的全球土壤湿度数据(SM-MW)进行对比分析发现,考虑同化卫星遥感亮温后与不考虑同化模拟的土壤湿度空间分布有明显差异。将模拟、同化土壤湿度值与观测值对比发现,同化后的青海、甘肃、宁夏和陕西地区土壤湿度较模拟结果有一定的改善。相对于CFSR再分析数据和SM-MW遥感反演数据,模拟和同化土壤湿度值在35°N以南对土壤湿度空间分布的细节刻画更为细致。同化卫星遥感亮温数据后,从2003—2010年土壤湿度四季和年平均空间分布看出,土壤湿度空间分布从西北向东南增加。东北、江淮地区及青藏高原为土壤湿度高值区,新疆和内蒙古为土壤湿度低值区。从变化趋势来看,内蒙古、青藏高原和新疆南部年平均土壤湿度呈增加趋势,其他地区以减小趋势为主。 相似文献
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利用四川144个气象站1971~2014年的逐月日照时数数据和四川6个辐射站的逐月太阳总辐射数据,以气候学模拟的方法,计算了四川144个气象站的逐月太阳总辐射值。基于44年四川太阳辐射的平均分布和EOF分析的第一模态,将四川分成3个区域,并研究了四川太阳辐射的时空变化。结果表明:(1)四川年太阳总辐射从东南往西北随海拔升高呈阶梯式增加,结合年太阳总辐射EOF第一模态可把四川分为3个区域,分别是川西高原、攀西地区和四川盆地;(2)川西高原年总辐射随时间呈先下降后趋于平稳的变化,攀西地区年总辐射随时间的变化是先下降后上升,四川盆地总辐射变化不大,有缓慢下降趋势;(3)20世纪70年代四川大部分地区太阳总辐射是正距平,80年代除川西高原和雅安地区外基本是负距平,90年代是负距平,2001~2014年除攀西地区外基本是负距平。 相似文献
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云中液态水分布对全球气候和局地天气变化有重要影响, 是判别人工影响天气作业潜力区的重要依据。利用TRMM卫星微波成像仪 (TMI) 85.5 GHz通道垂直极化亮温资料与NCEP再分析资料, 结合VDISORT模式采用逐步逼近方法反演了河南地区地表比辐射率; 再利用TRMM/TMI 85.5 GHz通道垂直极化亮温资料、TRMM/VIRS红外辐射资料及NCEP再分析资料, 结合VDISORT模式采用迭代的方法反演了河南地区云中液态水的垂直积分总含量。与红外卫星云图、TRMM卫星2A12产品及NCEP资料对比分析表明:该研究提出的反演陆地上空非降水云中液态水方法是可行的, 且对云中液态水垂直积分总含量水平分布的反演结果较对比产品结果更好。 相似文献
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利用地面观测站点资料研究大范围地区的降水长期变化规律,选取不同的指标会使分析结果出现显著差异。利用中国大陆区域内2139个国家站的逐日降水资料,比较不同数据处理方法得到全国和中国西部、中国东部地区的降水量、降水日数和降水强度的区域平均时间序列,探讨对其变化趋势估算的偏差。研究表明,1951—1957年估算的中国区域平均降水量原始值出现虚假的偏高,使趋势估算出现较大误差;1951—2016年中国西部地区平均降水量距平百分率时间序列的波动幅度显著偏大;区域平均降水量、降水日数和降水强度的距平和标准化距平序列较为可信。全国平均降水量、降水日数的原始值和距平值序列都基本反映了中国东部湿润地区降水的变化,降水量距平百分率的变化主要由西部干燥区域的降水变化构成,降水量标准化距平则可综合反映湿润和干燥地区的降水变化。 相似文献
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基于风云三号气象卫星微波亮温资料反演东北地区土壤湿度及其对比分析 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤湿度在陆面过程中发挥着重要作用,是联系陆地水循环和能量循环的纽带和关键环节。遥感技术可以实时地对土壤湿度进行长期、大区域动态监测,已成为监测土壤湿度的有效手段。本文基于风云三号气象卫星（FY3B）微波亮温资料,利用基于微波能量辐射传输方程的陆面参数反演模型（LPRM）反演了中国东北地区的土壤湿度（FY3BLPRM）。把反演获得的FY3BLRPM土壤湿度与中国气象局农业气象站土壤湿度观测资料、NCEP和ERA-Interim土壤湿度再分析资料、欧洲空间局多卫星融合ECV（Essential Climate Variable）土壤湿度产品和国家卫星气象中心FY3B官方土壤湿度产品（FY3Boffical）进行了对比分析。结果表明:（1）本文反演的FY3B土壤湿度与农业气象站观测资料有较高的一致性;卫星土壤湿度整体上呈现自西向东逐渐增加的空间变化,与农业气象站观测资料较为一致;在季节变化上,两者高度相关,在大部分地区的相关系数都达到0.7以上。（2）在大兴安岭和东北三省东部等地表相对湿润的地区,FY3BLPRM土壤湿度与NCEP、ERA-Interim和FY3Boffical土壤湿度呈现较强的负相关;再分析资料和FY3Boffical土壤湿度均无法反映该地区土壤干湿状况的季节性变化,甚至与观测资料呈反位相变化特征。FY3BLPRM土壤湿度与欧洲空间局研发的多卫星融合ECV土壤湿度产品在绝大多数地区有较好的一致性。本文基于风云三号极轨气象卫星微波亮温反演的土壤湿度资料,可用于干旱监测、数值同化与天气预报、水文水资源等领域。 相似文献
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《干旱气象》2017,(3)
热带降雨测量卫星(tropical rainfall measuring mission,TRMM)的微波数据能够提供高时空覆盖性的降水速率数据,可用于区域尺度的干旱监测。选取甘肃省为研究区域,利用28个气象站降雨资料对TRMM月降雨产品进行相关性分析,同时计算站点标准化降水指数(SPI)检验基于TRMM数据构建的降水距平百分率(Pa_TRMM)和降水状态指数(PCITRMM)监测干旱变化的时间序列信息,进一步分析区域干旱时空变化规律。结果表明:(1)TRMM数据精度较高,月降水、年降水数据的相关系数R分别为0.92和0.95,均通过α=0.01显著性检验;(2)Pa_TRMM、PCITRMM与SPI指数的逐月变化有较好一致性,能够有效监测干旱事件;(3)Pa_TRMM和PCITRMM监测出的2000年甘肃省春旱和盛夏旱以及2009年春夏连旱的发生发展过程与实况相符,只是在干旱程度的监测上略有差异。 相似文献
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以西班牙萨拉曼卡地区为研究区域,联合Sentinel-1后向散射系数和入射角信息、Sentinel-2光学数据提取的植被指数以及地面实测数据,构建了BP神经网络土壤湿度反演模型,并将该模型应用于试验区土壤湿度反演。结果表明:1)基于Sentinel-1卫星VV和VH极化雷达后向散射系数、雷达入射角和Sentinel-2植被指数数据构建的BP神经网络土壤湿度反演模型,能够实现对该地区土壤湿度高精度反演;2)在光学与微波数据联合反演植被覆盖区土壤湿度中,Sentinel-2的NDVI、NDWI1和NDWI2指数都可以用于削弱植被对土壤湿度反演的影响,但基于SWRI1波段的NDWI1能够获得更高精度的土壤湿度反演结果(RMSE为0.049 cm~3/cm~3,ubRMSE为0.048 cm~3/cm~3,Bias为0.008 cm~3/cm~3,r为0.681);3)相比于Sentinel-1 VH极化模式,Sentinel-1 VV极化模式在土壤湿度中表现出更大优势,说明Sentinel-1 VV极化模式更适用于土壤湿度反演。 相似文献
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应用先进微波探测器AMSU资料遥感反演春季陆地表层湿度 总被引：2，自引：0，他引：2
利用先进微波探测器(AMSU)正演快速微波辐射传输模型,完成了AMSU 窗区通道亮温与地表温湿特征的相关性分析,根据模拟计算结果改进了现有业务上反演地表微波辐射率的统计分析方法,得到适用于我国非冻土积雪覆盖地区地表微波辐射率反演的指数分析模型;进一步通过地表微波辐射传输模型迭代反演得到土壤体积含水量信息.2001年相互匹配的AMSU资料和地面农业气象观测站地表相对湿度观测结果的对比分析表明二者间具有一定的相关性.利用2002年3月和2003年3月的AMSU资料,反演了我国陆地区域地表湿度;连续两年春季地表湿度反演结果的对比分析表明,与2002年春季相比,2003年我国北方沙尘暴发生源区地表湿度反演值普遍偏高,潮湿的下垫面特征与沙尘暴发生频次的减少之间有一定的对应关系.试验结果表明,利用AMSU遥感资料可以获取大范围陆地表层湿度信息,进行区域尺度陆地表层湿度特征的动态分析,为我国沙尘暴监测分析提供陆地表层湿度基础信息. 相似文献
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中国中东部区域TRMM降水产品降尺度研究及其时空特征分析 总被引：1，自引：0，他引：1
该研究以中国中东部区域(17°～50°N,98°～135°E)为研究范围,在前人研究基础上,根据水汽与降水之间的关系,基于MOD05水汽产品,采用偏最小二乘法,对中国中东部区域2001—2010年10 a平均TRMM3B43_V 7月降水产品进行降尺度,旨在得到空间分辨率为1 km×1 km的月降水空间分布。通过比较分析,发现该降尺度模型能大幅提高TRMM产品空间分辨率,估算结果平均相对误差为15.35%,与地面观测较接近,能体现中国中东部区域降水宏观分布趋势,且估算结果精度高于前人基于归一化植被指数(NDVI)的降尺度模型,能满足降水产品的精细化需求。 相似文献
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Parameterization of snow-free land surface albedo as a function of vegetation phenology based on MODIS data and applied in climate modelling 总被引：1，自引：0，他引：1
Diana Rechid Thomas J. Raddatz Daniela Jacob 《Theoretical and Applied Climatology》2009,95(3-4):245-255
The aim of this study was to develop an advanced parameterization of the snow-free land surface albedo for climate modelling describing the temporal variation of surface albedo as a function of vegetation phenology on a monthly time scale. To estimate the effect of vegetation phenology on snow-free land surface albedo, remotely sensed data products from the Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on board the NASA Terra platform measured during 2001 to 2004 are used. The snow-free surface albedo variability is determined by the optical contrast between the vegetation canopy and the underlying soil surface. The MODIS products of the white-sky albedo for total shortwave broad bands and the fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) are analysed to separate the vegetation canopy albedo from the underlying soil albedo. Global maps of pure soil albedo and pure vegetation albedo are derived on a 0.5° regular latitude/longitude grid, re-sampling the high-resolution information from remote sensing-measured pixel level to the model grid scale and filling up gaps from the satellite data. These global maps show that in the northern and mid-latitudes soils are mostly darker than vegetation, whereas in the lower latitudes, especially in semi-deserts, soil albedo is mostly higher than vegetation albedo. The separated soil and vegetation albedo can be applied to compute the annual surface albedo cycle from monthly varying leaf area index. This parameterization is especially designed for the land surface scheme of the regional climate model REMO and the global climate model ECHAM5, but can easily be integrated into the land surface schemes of other regional and global climate models. 相似文献
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The performance of the Canadian Land Surface Scheme (CLASS) when coupled to the CCCma third generation general circulation model is evaluated in an AMIP II simulation. Our primary aim is to understand how CLASS processes moisture and to compare model estimates of moisture budget components with observations. The modelled mean annual precipitation and runoff, and their latitudinal structures, compare well with observations although some discrepancies remain in the simulation of regional values of these quantities. The amplitude and phase of the first harmonic of the precipitation annual cycle also compares well with observations although less well over regions of sparse precipitation and/or high topography. In the model, the canopy plays a major role in processing moisture at the land surface indicating the importance of vegetation in climate. The canopy intercepts a large fraction of the precipitation and provides the medium for returning much moisture back to the atmosphere as evapotranspiration. Though important locally, the snow moisture reservoir plays a relatively minor role in the global moisture budget. It acts primarily as a storage and delay mechanism with winter precipitation released to the ground reservoir on melting. The ground moisture reservoir also plays a major role and processes a similar amount of moisture as the canopy, although in a different manner. The globally averaged model runoff compares well with observation-based estimates, although the model partitioning into surface runoff and drainage does not agree particularly well with the single available observation-based estimate. How moisture is processed at the land surface serves as a basis for model intercomparison and for understanding the modelled moisture budget and its variation and changes with climate change. Only the most basic quantities (precipitation, runoff, and partitioning of runoff into surface runoff and drainage) may be compared with observation-based estimates, however, and the establishment of more complete moisture budget remains an important need. 相似文献
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土壤-植被-大气系统水分散失机理的数值模拟 总被引：8，自引：0，他引：8
以Eeardorff(1978)提出的陆面参数化方案和Noilhan等人(1989)土壤水分参数化方案为基础,对陆面物理过程参数化方案进行了改进,在模式中较详细地考虑了植被和地面的各种物理参量如地面和叶面的反射率和发射率,净叶面面积指数,植被的物理阻抗等,并与大气边界层模式耦合。应用该模式模拟了沙漠及绿洲地区不同植被覆盖率情况下的蒸散量、土壤含水量和表面温度的日变化和连续变化特征;对不同植被覆盖率的热量平衡特征进行了比较。结果表明该模式较好地反映了地表蒸散3阶段的变化趋势特征,揭示出下垫面热量平衡分量间的相互转换过程。该模式可以用于中尺度的气象和区域气候模式,模拟和预测不同植被覆盖情况下近地层的热量输送和水分散失情况。 相似文献
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Numerical Simulation Experiment of Land Surface Physical Processes and Local Climate Effect in Forest Underlying Surface 总被引：1，自引：0，他引：1 
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下载免费PDF全文 LIU Shuhu PAN Ying DENG Yi MA Mingmin JIANG Haimei LIN Hongtao JIANG Haoyu LIANG Fuming LIU Heping WANG Jianhua 《Acta Meteorologica Sinica》2006,20(1):72-85
Based on the basic principles of atmospheric boundary layer and plant canopy micrometeorology, a forest underlying surface land surface physical process model and a two-dimensional atmospheric boundary layer numerical model are developed and numerical simulation experiments of biosphere and physiological processes of vegetation and soil volumetric water content have been done on land surface processes with local climate effect. The numerical simulation results are in good agreement with realistic observations, which can be used to obtain reasonable simulations for diurnal variations of canopy temperature, air temperature in canopy, ground surface temperature, and temporal and spatial distributions of potential temperature and vertical wind velocity as well as relative humidity and turbulence exchange coefficient over non-homogeneous underlying surfaces. It indicates that the model developed can be used to study the interaction between land surface process and atmospheric boundary layer over various underlying surfaces and can be extended to local climate studies. This work will settle a solid foundation for coupling climate models with the biosphere. 相似文献
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一个陆面过程参数化模式与
MM5的耦合 总被引：10，自引：0，他引：10
在法国陆面过程模式的基础上,为了表示冠层叶片遮挡对水分蒸发阻抗的影响,在植被覆盖部分引入了遮盖因子,然后将这个修正的陆面过程参数化模式耦合到MM5模式中。耦合后的模式模拟出了因为降水造成土壤湿度变化和植被覆盖动态作用对地面通量的影响,而原MM5模式模拟结果则没有反映上述动态变化对地面通量的作用。原MM5模式和耦合模式模拟了1993年8月17日到20日以内蒙古半干旱草原为中心的中尺度区域的气象场,模拟结果和IMGRASS预观测资料进行了对比,对比说明新的陆面过程模式提高了MM5模式对地面通量和边界层各物理量（风、温、湿）的模拟精度。 相似文献
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本文简要介绍了包括三部分观测的安徽淮南长期野外试验观测站,特别是土壤-植被-大气的集中观测,对小塔运行前三个月(2018年6月至8月)的数据,并结合同一时段大塔获得的数据,进行了初步分析.结果表明这些资料有合理的变化特征,日变化和夏季值特征显著,各月份间气象变化有明显差异.土壤水分和温度受降雨影响,在不同的下垫面条件下表现出不同的变化.土壤CO2日平均浓度在2 cm和10 cm处分别为1726和4481 ppm.2018年夏季土壤CO2浓度随土壤体积含水量的变化而变化,但与土壤温度呈弱相关. 相似文献
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CoLM模式地表温度变分同化研究 总被引：2，自引：1，他引：1
本文采用变分方法对通用陆面模式 (CoLM) 中的地表温度进行同化.同化伴随约束条件采用CoLM模式中的地表及植被能量平衡方程,调节因子采用裸土及植被蒸发比.采用美国通量网 (AmeriFlux) 中的Bonville站数据对同化方法进行了单点验证,验证结果表明同化后地表温度以及蒸散结果更加接近于实测值.选取中国华北地区对同化方法进行区域验证,结果显示每天仅采用白天一次观测值对地表温度进行同化的方法是有效的.通过对同化前后地表温度误差直方图比较可以发现,在有MODIS观测值的区域,同化后白天地表温度误差大大降低,同时,同化后地表蒸散空间分布图也发生了变化.单点验证以及区域验证结果都表明了变分同化方法是可靠的.变分同化方法可以改进陆面模式模拟结果,对于地表过程研究中的植被生态、水文等研究具有重要意义,同时,陆面模式可以与数值预报模式进行耦合,改进数值预报结果. 相似文献
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地表非均匀性对区域平均水分通量参数化的影响 总被引：3，自引：3，他引：3
次网格尺度地表非均匀性对于网格区平均通量具有重要影响。若将网格区视为均一地表 ,并不能真实描述地 气通量交换过程 ,且可造成很大误差。文中从理论上证明 ,区域平均水分通量的变化率可分解为两部分 :第一部分为区域水分通量的算术平均变化率 ;第二部分为非均匀性所引起的水分通量变化率扰动 ,它与区域内土壤水分空间分布的变差系数有关。数值试验表明 ,地表土壤水分的水平空间变差系数集中反映了区域内土壤水分分布的非均匀程度 ,不同土壤对同样的非均匀程度其敏感性是不同的。变差系数愈大 ,非均匀性愈强 ,在相同的土壤水分平均值下 ,不同土壤类型对地表非均匀程度的敏感性并不相同。例如沙土和粘土受非均匀性的影响就可相差数十倍。 相似文献
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Effects of Crop Growth and Development on Land Surface Fluxes 总被引：2，自引：0，他引：2
In this study, the Crop Estimation through Resource and Environment Synthesis model (CERES3.0) was coupled into the Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme (BATS), which is called BATS CERES, to represent interactions between the land surface and crop growth processes. The effects of crop growth and development on land surface processes were then studied based on numerical simulations using the land surface models. Six sensitivity experiments by BATS show that the land surface fluxes underwent substantial changes when the leaf area index was changed from 0 to 6 m2 m-2. Numerical experiments for Yucheng and Taoyuan stations reveal that the coupled model could capture not only the responses of crop growth and development to environmental conditions, but also the feedbacks to land surface processes. For quantitative evaluation of the effects of crop growth and development on surface fluxes in China, two numerical experiments were conducted over continental China: one by BATS CERES and one by the original BATS. Comparison of the two runs shows decreases of leaf area index and fractional vegetation cover when incorporating dynamic crops in land surface simulation, which lead to less canopy interception, vegetation transpiration, total evapotranspiration, top soil moisture, and more soil evaporation, surface runoff, and root zone soil moisture. These changes are accompanied by decreasing latent heat flux and increasing sensible heat flux in the cropland region. In addition, the comparison between the simulations and observations proved that incorporating the crop growth and development process into the land surface model could reduce the systematic biases of the simulated leaf area index and top soil moisture, hence improve the simulation of land surface fluxes. 相似文献
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陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验 总被引：18，自引：1，他引：18
文中建立了一个研究陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式。模拟了草原下垫面的土壤 环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征。并对主要的环境物理参数进 行了敏感性实验。结果表明，本模式能合理地模拟地表热量平衡、土壤体积含水量、植被蒸 发阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等。该模式还可 进一步应用于研究城市陆面物理过程与大气边界层相互作用机制，及与中尺度大气模式耦合用于区域气候的研究。 相似文献