作為陸氣相互作用中的一個重要參量,土壤濕度對氣候變化的重要性已經(jīng)得到了廣泛認可,然而,土壤濕度空間異質(zhì)性強,資料缺乏,對土壤濕度的空間分布和模擬估計很具有挑戰(zhàn)性,因此,國內(nèi)外學者對土壤濕度的研究日益深入。本文以中國北方區(qū)域為研究區(qū),設(shè)計4組試驗分析大氣強迫數(shù)據(jù)和葉面積指數(shù)(LAI)的改進對提高陸面過程模式模擬土壤濕度精度影響。同時,對7套不同的長時間序列土壤濕度產(chǎn)品進行了分析評價,并選用誤差相對較小的產(chǎn)品分析1993-2013年夏季土壤濕度時空分布特征。主要結(jié)論如下：(1)通過4組完全處理試驗設(shè)計,研究了大氣強迫數(shù)據(jù)和葉面積指數(shù)改進對通用陸面模式CLM模擬土壤濕度影響。研究結(jié)果表明：大氣強迫數(shù)據(jù)CLDAS和GLASS LAI對土壤濕度的模型模擬精度均有不同程度提高,但大氣強迫數(shù)據(jù)CLDAS對CLM模式模擬改進效果更為明顯,如二者同時改進,則模擬精度顯著提高。在東北區(qū)域、華北區(qū)域和西北東區(qū),與模式自帶參數(shù)相比,CLDAS和GLASS LAI模擬結(jié)果與實測值的偏差(Bias)分別減少0.016 m3/m3、0.021 m3/m3、0.018 m3/m3,均方根誤差(RMSE)分別減少0.021 m3/m3、0.032 m3/m3、0.027 m3/m3。季節(jié)差異分析表明：四組試驗在夏秋季節(jié)模擬較好,冬春效果較差；CLDAS和GLASS LAI在不同季節(jié)均有顯著改進。從各個區(qū)域的時間序列曲線來看,四組試驗都能夠較好體現(xiàn)土壤濕度年際變化特征,CLDAS和GLASS LAI與實測接近。(2)比較全球陸面同化系統(tǒng)(GLDAS)五個陸面模式(CLM、NOAH2.7、 NOAH3.3、VIC、MOSAIC)和再分析資料(ERA-Interim、NCEP/DOE)土壤濕度產(chǎn)品,結(jié)果表明各產(chǎn)品能較好的模擬我國北方土壤濕度空間分布特征；所有產(chǎn)品在東北區(qū)域都有較高的模擬,相關(guān)系數(shù)(R)均超過了0.4,最高達0.72,除MOSAIC外,其余產(chǎn)品|Bias|和RMSE分別小于0.04m3/m3和0.07m3/m3。在華北區(qū)域,CLM和ERA-Interim質(zhì)量最高,|Bias|和RMSE分別小于0.01m3/m3和0.05m3/m3,R高于0.35。在西北東區(qū),ERA-Interim模擬較好,相關(guān)系數(shù)達到了0.43。從季節(jié)變化來看,各產(chǎn)品都能較好的模擬夏季土壤濕度偏濕潤的特征,但對冬季土壤濕度模擬較差。從年際變化來看,東北區(qū)域各產(chǎn)品表現(xiàn)較好,CLM、VIC、ERA-Interim和NCEP/DOE較好的描述了華北區(qū)域年際變化,ERA-Interim較好的再現(xiàn)了西北東區(qū)土壤濕度變化。(3)選用實測數(shù)據(jù)、GLDAS陸面模式產(chǎn)品(CLM)和ERA-Interim產(chǎn)品對我國北方1993-2013年夏季土壤濕度進行時空分析,研究表明：在我國東北和華北區(qū)域,土壤濕度呈現(xiàn)下降的變化趨勢,西北東區(qū)相反。ERA-Interim能較好的反應(yīng)我國北方土壤濕度年際變化趨勢,CLM在1996年有突變點且未能反應(yīng)華北地區(qū)土壤濕度年際變化趨勢。M-K突變檢驗表明,在東北區(qū)域,土壤濕度在1993-1995年偏濕,1995年-2013年偏干；在華北區(qū)域,1999-2013年間偏干,1999年前變化較為復(fù)雜。在西北東區(qū),1993-1998、2002-2010年偏干。CLM和ERA-Interim在東北區(qū)域M-K檢驗結(jié)果與實測一致,但在華北和西北偏差較大。從空間尺度上看,三套資料均表明我國北方土壤濕度由東北向西北逐漸變干,在內(nèi)蒙古西部有干中心。EOF結(jié)果表明：在我國北方大部分區(qū)域,實測與ERA-Interim第一個主成分所對應(yīng)的特征場正異常分布廣泛,CLM的EOF分析結(jié)果與實測差異較大,對我國土壤濕度的時空變化特征展現(xiàn)能力較差。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：P461.4;P435


本文編號：2813184