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本文用一个土壤和地表温度的计算模式,讨论了土壤物理参数、大气中的云量、大气透明度、土壤模式层厚度以及温度初值给定方法等因子对土壤和地表温度计算结果的影响。表明:土壤密度和比热、土壤导温率越大则地表和土壤内温度日变化越小;但是,土壤内的热量传输越大。云量影响也是显著的,尤其是对土壤内温度的影响,在云量增加时,温度和热量通量均减小。透明度的影响与云量的影响类似。土壤模式层厚度的增加,对地表温度的影响较小,对土壤温度的日振幅影响很大。在夏季,温度初值对地表温度和热通量影响较小,对土壤温度影响较大。 相似文献
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利用河西张掖试验站2005年11月—2006年10月的陆面过程观测资料,研究了河西中部干旱区土壤温度、土壤湿度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和土壤热通量等物理量的年变化和日变化特征及其影响机制,分析了土壤湿度与降水量的相关关系、地表反照率与降水量及土壤湿度的相关关系。结果表明:干旱荒漠地区土壤温度对太阳加热的响应比较迅速,而且年较差和日较差也比较大。地表层土壤主要受蒸发和降水的影响,土壤湿度变化响应得较快,而深层土壤湿度基本不受地表影响,在冬季土壤湿度变化对降水的响应要滞后1~2个月。降水量与5 cm土壤湿度的相关最好,与深层50cm的土壤湿度相关最差。地表反照率的起伏变化与降水过程对应的比较好,反照率的谷值正好对应降水过程比较集中的时段。地表反照率随土壤湿度的增大是减小的,两者的相关系数达到了0.7346。干旱荒漠区辐射分量年变化幅度普遍比较大,年平均日变化特征表现为非常典型而平滑的日循环形态。土壤冬季向大气输出热量而夏季转变为大气向土壤输入热量,且输入的热量要大于输出。随着季节变化,土壤热通量的日最大值冬季出现最晚、夏季最早,与20 cm土壤温度的变化趋势基本一致。 相似文献
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地气耦合系统中温湿变化的数值模拟 总被引：4，自引：1，他引：4
本文提出了计算地气耦合系统中温度和湿度变化的一维数值模式,在土壤中,利用热量平衡和水份平衡原理计算土壤温度和湿度,在大气中,考虑了长短波辐射、云量和凝结等因素对大气温湿变化的影响。选择一种代表性土壤对模式进行了检验,结果发现,模式能较好地模拟诸多物理量的日变化过程。计算表明,大气和土壤的初始温湿分布,对结果有较大影响。本文的原理可应用于大气环流模式中陆气相互作用过程的参数化。 相似文献
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利用任意时刻AVHRR资料近似估计 总被引：4，自引：0，他引：4
根据表征土壤温度日变化的土温方程一阶近似解,提出一种利用一日中任意时刻NOAA-AVHRR图像数据估计地表温度日较差的简易推算方法.该方法尤其可用于反演土壤含水量的计算,当图像数据的时次与热惯量法所要求的最高、最低温度时次配不准的情况下,近似地估计地表温度日较差,进而计算地表热惯量及相应的土壤含水量.用实例验证了该方法的可行性,为进一步推广应用奠定基础. 相似文献
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利用任意时刻AVHRR资料近似估计区域地表温度日较差的试验 总被引：1，自引：1，他引：1
根据表征土壤温度日变化的土温方程一阶近似解，提出一种利用一日中任意时刻NOAA－AVHRR图像数据估计地表温度日较差的简易推算方法。该方法尤其可用于反演土壤含水量的计算，当图像数据的时次与热惯量法所要求的最高、最低温度时次配不准的情况下，近似地估计地表温度日较差，进而计算地表热惯量及相应的土壤含水量。用实例验证了该方法的可行性，为进一步推广应用奠定基础。 相似文献
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为进一步了解高寒地区草地土壤冻融期（5—9月为融期,10月—翌年4月为冻期）能量收支平衡及不同剖面物理属性过程,采用热传导对流法、振幅法和相位法就该区不同深度土壤热通量分别进行了计算,并初步分析了不同年际间土壤热力学参数的变化特征。结果表明,热传导对流法能较好地描述高寒地区不同深度土壤热通量的变化特征。不同深度土壤温度的多年平均值由地表向深层土壤逐渐呈滞后效应,地表温度（T0cm）最高值出现在7月份左右,而深层土壤T160cm和T320cm的最高值出现时间分别为8月和9月,且随着土壤深度的增加,其振幅减小,相位滞后。中间层土壤温度实测值与模拟值的拟合效果最佳,回归校正系数分别为0.9361、0.9509和0.9133;土壤总热通量与对流热通量相位的变化趋势一致,而与传导热通量相反。因此,季节变化是影响该区土壤剖面热量传递过程和传输方向的主导因子。 相似文献
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浅层地温,即5、10、15、20厘米不同深度的土壤温度。浅层地土壤的热量主要来自地表面对太阳辐射能的吸收和热量的传递。因此,地表状况最直接影响浅层地温的重要因素。 一、地表状况对浅 层地温的影响 地面表层吸收了太阳辐射能并通过传导作用,使浅层地温得以升高。表土结构状况与浅层地温有着密切的关系。松紧程度不同的土壤,会使土壤中的热容量和导热率发生 相似文献
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一、前言太阳能辐射到地面被转换成热量,这些热量通过热传导形式向地球内部传递。土壤中的热量除地表面附近外,均靠热传导形式传播。白天热量由地表向地中心传导,夜间相反。因此欲知土壤的热状态,首先必须弄清土壤的热性质—热传导率和容积比热,以及作为边界条件的土壤表面和下层温度变化,还有作为初始条件的土壤温度分布。热扩散率是热传导率和容积比热的比值。土壤热扩散率也可直接求得,但用热传导率和容积比热的方法更精确简 相似文献
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半干旱草原下垫面能量平衡特征及土壤热通量对能量闭合率的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
土壤热通量在半干旱草原下垫面能量平衡研究中极为重要,土壤热通量估计不够准确是导致地表能量不平衡的一个重要原因。利用2008年6—9月锡林郭勒草原主生长期地表辐射、通量和土壤温度梯度观测资料,研究中纬度半干旱草原下垫面地表能量平衡特征。首先,在分析能量平衡各分量月平均日变化特征的基础上,通过对土壤热流量板观测的5 cm深度土壤热通量(G)的相位前移,研究了土壤热通量相位滞后对地表能量平衡产生的影响;其次,利用谐波分析方法,通过计算地表土壤热通量(Gs),分析了地表到热流量板之间的土壤热量储存对地表能量平衡的影响。结果表明:(1)将土壤热通量相位前移30 min,湍流通量与可利用能量(Rn-G)线性回归的斜率从0.835增加到0.842,地表能量闭合率提高了0.7%,但仍有15.8%的能量不闭合;(2)考虑了地表到热流量板之间的土壤热量储存之后,湍流通量与可利用能量之间的回归斜率达到0.979,能量不闭合程度仅为2.1%。 相似文献
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《高原气象》2017,(2)
青藏高原地表热状况不仅对局地天气和气候变化有重要影响,而且还在次季节到季节尺度上对周边特别是下游地区的短期气候变化产生影响,因此日益受到研究者的关注。土壤热扩散率和土壤热通量是决定土壤热状况的两个重要因素。不同于以往的研究,本文利用青藏高原地区1980—2001年39个气象站0.8 m和3.2 m的土壤温度资料,采用热传导对流法计算了0.8~3.2 m深层土壤热扩散率和土壤热通量,分析了它们的年变化和年际变化特征,并分析了深层土壤热通量和高原季风的相关关系,得到了一些有意义的结论。青藏高原深层土壤温度随深度的增加振幅减小、位相延迟;在1980—2001年间,土壤热扩散率的变化总体呈减小趋势;土壤深层热通量年变化与土壤表层热通量的年变化具有相反的相位;总热通量与对流热通量的变化具有相同的相位;深层土壤热通量月平均值在冬季为负值(定义热流向上为正),夏季土壤热通量都为正值。土壤热通量与高原冬季风指数的变化趋势相反,相关系数为-0.53;而与高原夏季风指数变化趋势一致,相关系数为0.58,都通过了95%的显著性检验。这些结论对于促使我们认识高原陆气相互作用是非常有意义的。 相似文献
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集合卡尔曼滤波 (the Ensemble Kalman Filter,简称EnKF) 中将预报集合的统计协方差作为预报误差协方差,但该估计可能严重偏离真实的预报误差协方差,影响同化精度。基于极大似然估计理论,发展了一种优化预报误差协方差矩阵的实时膨胀方法,即MLE (the Maximum Likelihood Estimation) 方法。利用蒙古国基准站Delgertsgot (简称DGS站) 观测资料,基于EnKF方法和MLE方法,在通用陆面模式 (the Common Land Model,简称CoLM) 中同化了地表温度和10 cm土壤温度观测资料,建立了土壤温度同化系统。结果表明:MLE方法对地表温度和各层土壤温度 (尤其深层土壤温度) 的估计比EnKF方法准确。考虑到浅层和深层土壤温度的差别,在实施MLE方法时对浅层和深层土壤温度采用了不同的膨胀因子。对比膨胀因子为单一标量时的结果,多因子膨胀能缓解深层土壤温度的不合理膨胀,改善同化效果。 相似文献
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土壤热异常对地表能量平衡影响初探 总被引：3，自引：1，他引：3
将来自土壤深部的热通量引入off line的陆面过程模式 (NCAR—LSM ) ,通过长达 2a的数值试验对比分析了它对各层次土壤温度和地表能量平衡的影响。 在土壤底部引入 5W /m2 的热通量使底层土壤显著升温 ,但升温随着接近表层而迅速衰减。积分 3个月后 ,由地下进入地表的热流量增幅可达 1W/m2 以上 ,并持续增大到 5W /m2 ,地表最大升温约 0 .5K ,同时地表感热、蒸发潜热及长波辐射通量均有 1W /m2 左右的正异常 ;若将土壤热传导系数放大一个量级以加速热量交换 ,则地表升温提高到 1K以上 ,长波辐射增加 3W /m2 以上 ,超过了气溶胶全球平均的辐射效应。结果表明 :一定量值的土壤热异常对地表能量平衡和短期气候变化 (10 -1～ 10 1a)有着不可忽略的影响。同时 ,深入的资料分析、完善的陆面过程模式以及它与大气模式的耦合试验也是亟待进行的相关工作。 相似文献
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土壤湿度和土壤温度模拟中的参数敏感性分析和优化 总被引：3，自引：2，他引：1
使用一种复杂洗牌算法 (SCE-UA, Shuffled Complex Evolution Algorithm) 对Noah陆面模式中的参数进行敏感性分析和优化,其中水文参数采取直接优化和优化土壤成份的形式,侧重于研究两种水文参数给出方法对土壤湿度和土壤温度模拟的敏感性。结果表明:将土壤湿度和土壤温度作为判据,模式中水文参数敏感性最高,水文参数对土壤湿度的敏感性要高于对土壤温度的敏感性。表层土壤湿度作为判据对土壤水文参数优化后,可以改善土壤湿度和土壤温度的模拟,加入深层土壤湿度同时作为判据后,优化使土壤温度的模拟变差。当土壤成份作为优化的参数,表层和深层土壤湿度作为判据,优化能够同时改善土壤湿度和土壤温度的模拟。单独使用土壤温度作为判据不能达到优化水文参数的目的。将土壤成份作为优化的参数后,土壤湿度和土壤温度的多判据优化效果最好,且减少不敏感参数的个数后对优化结果的影响总体不大。基于以上结果,将土壤成份作为优化水文参数的方法能够更好的考虑不同水文参数之间的约束关系,优化后的水文参数具有很好的一致性,优化效果较直接优化水文参数更好。 相似文献
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深层地温变化无常与采集器接地的关系 总被引：1，自引：0，他引：1
1问题的引出西乌旗气象局2006年1月1日迁站,迁站后发现:320cm地温变化剧烈,日变化幅度大(见表1),每小时之间的变化在0.1~1.6℃,有时达2.7℃。变化时大时小,原因不明,引起了观测人员和技术人员的思索。经实际观测发现:深层地温变化无常与采集器接地是否良好有直接关系。2地温变化规律在无特殊天气条件情况下,地温的变化幅度从地表到深层是逐渐减小的。道理很简单,地表面直接接收太阳辐射,大量的热量都被地表所吸收或反射,只有少量的热量才由地表经浅层到深层靠土壤的热传导来传递,经过逐层土壤对热量的吸收,到深层时热量很少,因此深层地温变… 相似文献
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本文利用2010—2015年2400多国家气象站逐小时观测数据对覆盖中国的EAR70、CLDAS和ERA Interim 3种表层土壤温度进行了评估和对比。结果表明：空间上CLDAS表层土壤温度精度最高（平均误差为-0.5 ℃，均方根误差为3.0 ℃，相关系数为0.96），受益于CLDAS高精度的陆面初始场，EAR70平均误差得到了改善；时间上ERA Interim再分析表层土壤温度在6:00和夏、秋季精度会明显下降，再分析表层土壤温度在数值较高时段表现出冷偏差，原因是模拟的土壤温度数值上升速度慢，对应的参数化方案有待改进。再分析表层土壤温度在东北地区冬季存在冷偏差，可能和积雪覆盖有关，陆面参数化方案也有待提高。在地形复杂的青藏高原地区，融合地面观测的CLDAS提高了大气驱动的质量进而改进了土壤的模拟。ERA Interim分辨率较粗不适合在青藏高原或者沿海地区使用，结合了CLDAS的EAR70在青藏高原精度提高。土壤表层温度的精度随着高精度的土壤状态初始场进入模式中时间延长会显著下降。因此，CLDAS的实时同化方式，能够有效提高在分析数据的精度。 相似文献
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土壤温度是地球科学研究中的重要物理量。在陆-气相互作用研究中,土壤温度不仅影响土壤内部的物理、生物、化学过程,而且对陆-气之间能量和物质交换起重要作用。随着可获取的相关数据越来越丰富,机器学习方法已经被越来越多的研究人员引入到土壤温度预估中,在很多任务中已经超过了统计模型、物理模型的性能。本文对比了统计模型、物理模型和机器学习方法这三种土壤温度常用计算方法的异同,简要介绍了应用于土壤温度研究的各类机器学习模型的原理和特点,综合国内外文献归纳了传统机器学习和深度学习在土壤温度空间分布、时间变化和时空变化三方面的研究进展。在土壤温度空间分布研究中,传统机器学习方法能够通过影响因子的空间异质性学习空间特征,并利用站点观测数据计算土壤深处的温度,但随土壤深度增加模型效果减弱,而深度学习模型有能够提取空间特征的结构,但对数据量要求高,当前研究中仅用于地表温度的遥感反演;在土壤温度时间序列研究中,加入了周期性信息的传统机器学习方法具有更好的模型效果,深度学习中的序列学习模型能自动捕捉土壤温度变化规律,结合了非平稳序列分析方法的混合模型能充分考虑土壤温度变化的连续性和周期性;由于陆面过程复杂性,土壤... 相似文献
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敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率参数化研究 总被引：4，自引：1，他引：3
利用敦煌站观测资料,选取其中观测资料完整且连续性好的7个年份每年5～10月的地表净辐射四分量和土壤湿度资料,分析研究了敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率与太阳高度角和表层土壤含水量之间的关系,结果表明:地表反照率与太阳高度角呈e指数关系,随太阳高度角的增大而减小,当太阳高度角大于40°时,地表反照率趋于稳定。表层土壤含水量的增大可导致地表反照率的减小,地表反照率与5 cm深土壤湿度呈线性关系。另外,建立了敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率与太阳高度角和表层土壤含水量之间的双因子参数化公式,提出了一种更加适合该地区的地表反照率参数方案,并且选取2002年6～9月的实测资料对拟合的参数化公式进行模拟验证。本文所提出的地表反照率参数化方案能够很好地再现该地区裸土地表反照率的“U”型日变化特征,可准确地模拟出地表反照率的动态变化趋势。基于此参数化方案计算得到的地表反射辐射与实测值基本一致。 相似文献
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干旱及半干旱区土壤水热传输模式研究 总被引：26，自引：2，他引：24
本文发展了一个干旱地区土壤中水分及热量传输模式。首先从土壤孔隙内水汽运动研究入手,阐明了在土壤深层孔隙中水汽压与液面饱和值之间处在平衡态,而土壤表层则处在非平衡态,因而必要在计算表层蒸发的公式中引入必要的土壤表层阻力,才可使模式简单实用。在此基础上建立了考虑液态水及汽态水运动耦合的多层模式,并用HEIFE沙漠站的资料对模式进行了验证,结果表明此模式较好地再现土壤内及地气界面上的水热交换过程,并且也表明干旱地区土壤中水蒸汽输送对水分平衡及蒸发的计算是重要的。这种模式很易推广到气候研究的干旱土壤下垫面的模式中去。 相似文献
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将任一中尺度区域的平均瞬间径流率考虑为区域平均降水量和地表土壤层水分渗透垦的余项.根据降水量在地理空间上分布的实测资料拟合其空间概率密度函数(PDF),并结合土壤入渗物理过程的数学描述及其经验公式,精确估计出地表土壤渗透率及其空间分布,由此建立区域地表径流率的统计-动力学估计方案.换言之,区域内地表产流率可视为区域平均降水量与区域平均的土壤下渗量之差值,而区域内土壤的平均下渗量又町分为非饱和区和饱和区两部分的下渗量来分别计算.就陆面水分循环的物理过程而言,地表入渗现象是在一定的下垫面特性基础上,由一定的水分供应源而形成的.根据大气降水向地表层输送水分的物理过程,在满足植被表层覆盖需水(截流水)和地表层土壤人渗水基础上,多余的降水量才会形成地表径流.凶此,推求地表产流率的主要关键在于地表土壤层需水量.为此奉文根据土壤水分通量方程推导出水分入渗公式.又从描述土壤水分和降水的空间PDF出发,推导出非均匀土壤含水量及降水气候强迫所形成的次网格尺度区域平均径流率计算公式.利用长江三角洲地区1996年降水量和土壤特性等实测资料建立区域平均地表径流率的估计公式,并对其影响凶素进行敏感性试验.结果表明,该方法与用Mosaic方法计算的区域径流率(或产流率)结果十分接近.由此可见,该文提出的降水气候强迫下非均匀地表区域平均径流的这种统计-动力参数化方案,具有相当的可靠性与可行性. 相似文献
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施用生物炭对土壤物理性质影响的研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
《气象与环境学报》2016,(3)
生物炭比重、表面结构及孔隙状况等特征对土壤物理性质具有重要的影响,本文综述了国内外施用生物炭对土壤结构、水力特征和热性质影响等方面的研究进展,较全面地总结了生物炭对土壤物理性质的影响。总体而言,施用生物炭可显著降低表层土壤容重,改善土壤孔隙结构,但对土壤团聚性和水力特性的影响具有一定的不确定性。生物炭可调节土壤温度的变化幅度,降低土壤热导率和地表反射率,基于目前关于生物炭对土壤热性质影响的研究较少,其影响机制尚不清楚。本文从生物炭种类、热解条件及土壤类型等方面深入分析了生物炭对土壤物理性质的影响机制,并提出了今后生物炭研究的重点。 相似文献