【摘要】：青藏高原的陸面過(guò)程對(duì)亞洲季風(fēng)的爆發(fā)和發(fā)展有著重要的影響,因此改進(jìn)青藏高原陸面模式的參數(shù)化方案具有十分重要的意義。論文首先利用中國(guó)高時(shí)空分辨率地表氣象數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)CoLM陸面模式,開(kāi)展青藏高原陸面過(guò)程模擬,并利用三個(gè)觀測(cè)網(wǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估,發(fā)現(xiàn)CoLM陸面模式對(duì)土壤溫度和濕度的時(shí)間變化趨勢(shì)模擬比較可靠,但是在草地覆蓋區(qū),模式模擬的土壤溫度明顯偏高。根據(jù)青藏高原的實(shí)際特點(diǎn),本論文從三個(gè)方面對(duì)搭建的CoLM模式進(jìn)行了改進(jìn):1)使用最新的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)并考慮有機(jī)質(zhì)的影響以改進(jìn)土壤參數(shù)的設(shè)置。結(jié)果表明,土壤質(zhì)地的改變主要影響青藏高原干旱區(qū)以及深層土壤的土壤濕度模擬結(jié)果;考慮土壤有機(jī)質(zhì)則會(huì)改善草地表層土壤的土壤濕度模擬結(jié)果。但是,對(duì)土壤參數(shù)的改進(jìn)對(duì)土壤溫度的模擬結(jié)果影響不大。2)開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于遙感植被聚集度指數(shù)(CI)和葉面積指數(shù)(LAI)的動(dòng)態(tài)植被覆蓋度參數(shù)化方案(SMFVC)。相對(duì)于默認(rèn)方案,SMFVC改進(jìn)了模式土壤溫度的模擬,5 cm土壤溫度模擬的RMSE最大降幅可達(dá)到10.6℃;SMFVC對(duì)青藏高原夏季地表反照率的模擬精度也有所提高。此外,相對(duì)于基于遙感數(shù)據(jù)的參數(shù)化方案(RSFVC),SMFVC對(duì)模型的模擬結(jié)果的改進(jìn)更明顯,消除了RSFVC對(duì)夏季土壤溫度的高估。3)開(kāi)發(fā)了一個(gè)考慮植被根圍效應(yīng)的“大根”模型,以改進(jìn)土壤濕度的模擬精度。結(jié)果表明,“大根”模型對(duì)青藏高原植被覆蓋區(qū)土壤濕度的模擬優(yōu)于原始模型,減小了原始模型對(duì)土壤非凍結(jié)期表層土壤濕度的低估。當(dāng)“大根”模型中根圍半徑取最優(yōu)值時(shí),那曲和瑪曲觀測(cè)網(wǎng)的5 cm土壤濕度模擬的RMSE分別降低了0.03 m~3 m~(-3)、0.04 m~3 m~(-3)。同時(shí),研究還發(fā)現(xiàn)根圍最優(yōu)半徑與土壤有機(jī)質(zhì)之間存在顯著的線性關(guān)系。本研究通過(guò)在CoLM陸面模式中引入新的植被覆蓋度參數(shù)化方案(SMFVC),以及“大根”模型,分別改進(jìn)了模式對(duì)地表能量收支和水分收支的模擬精度,顯著地提高了土壤溫度和濕度的模擬效果。這兩個(gè)參數(shù)化方案可以方便地移植到其他的陸面模式和地球系統(tǒng)模式中,有望進(jìn)一步改進(jìn)模式在高寒區(qū)的草地下墊面的綜合表現(xiàn)。
【圖文】：

第 1 章 緒論狀況的空間差異也造就了青藏高原的地表覆蓋明顯的空間變化。從 1997 年開(kāi)始，科學(xué)家在青藏高原開(kāi)展了一系列的科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，包括GEWEX（Global Energy and Water cycle Experiment，全球能量與水循環(huán)實(shí)驗(yàn)）亞洲季風(fēng)實(shí)驗(yàn)-青藏高原計(jì)劃（GAME-Tibet）[22]，青藏高原大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)（TIPEX）[23]，青藏高原地區(qū) CEOP 亞洲-澳洲季風(fēng)計(jì)劃（CAMP-Tibet）[24]以及青藏高原觀測(cè)與研究平臺(tái)（TORP）[25]。這些觀測(cè)的共同目標(biāo)是幫助科學(xué)家更好地理解青藏高原的水循環(huán)和能量循環(huán)，，同時(shí)研究青藏高原在亞洲季風(fēng)系統(tǒng)中的具體作用。毫無(wú)疑問(wèn)，這些觀測(cè)大大推進(jìn)了青藏高原陸面過(guò)程的研究進(jìn)展[26-30]。但是，因?yàn)槟Ｐ秃陀^測(cè)之間的銜接問(wèn)題，這些觀測(cè)所得到的寶貴數(shù)據(jù)還沒(méi)有被充分應(yīng)用到陸面模式研究中[21]，這也是現(xiàn)階段青藏高原陸面過(guò)程的研究中需要克服的問(wèn)題之一。

11圖 1.2 論文的研究思路與主要內(nèi)容本論文的主要章節(jié)安排如下：第二章主要介紹本研究中所使用的陸面模式、評(píng)估高分辨率陸面模式的過(guò)程中使用的數(shù)據(jù)，以及初步評(píng)估結(jié)果。本研究中使用的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)是中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所提供的中國(guó)區(qū)域的 CMFD 數(shù)據(jù)。研究中使用 CMFD 數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行 30年的預(yù)熱以及 4 年的模擬，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估模型，指出高分辨率模型的不足以及可能原因。第三章通過(guò)使用中山大學(xué)全球變化研究小組發(fā)布的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)對(duì)模式中原有的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行替換，同時(shí)在計(jì)算土壤水熱參數(shù)時(shí)考慮土壤有機(jī)質(zhì)的影響，初步改進(jìn)所高分辨率陸面模式的模擬效果。第四章的主要內(nèi)容是改進(jìn)所高分辨率模式中陸面植被覆蓋度的參數(shù)化方案。用兩種新的參數(shù)化方案代替了模式中原有的僅基于地表覆蓋類型的參數(shù)化方案。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：Q948.113;TP79

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本文編號(hào)：2682333