土壤濕度作為陸面過程的重要因子,對局地及鄰近地區(qū)的大氣環(huán)流和天氣氣候有重要影響。青藏高原(簡稱高原)的土壤濕度觀測站點稀少,時間較短,給高原的氣候效應研究帶來了困難。本文首先利用觀測資料對再分析、陸面模式和衛(wèi)星反演等8種替代資料進行適用性評估,在得到最優(yōu)替代資料的基礎(chǔ)上,對高原土壤濕度的時空特征進行分析,并重點探討了其對周邊區(qū)域,特別是我國東部的氣候影響,得出以下主要結(jié)論:(1)各站點高原土壤濕度在表層、中層、深層的變化均具有很好的一致性,相關(guān)系數(shù)均在0.8以上。基于此,將8種替代資料分別在各測站和大范圍區(qū)域與觀測資料進行對比,發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星反演資料SSM/I RETRIEVALS在大部分站點都與觀測資料的年際變化上升/下降趨勢一致。同時,基于逐日資料計算的評估指標顯示,該替代資料在所有站點都與觀測值呈顯著正相關(guān),其標準差在高原東南和中部與觀測較為接近,適用于高原的大范圍地區(qū)。因此,SSM/I RETRIEVALS是研究高原土壤濕度的一套相對較好的替代資料。(2)高原各季節(jié)平均的土壤濕度空間分部特征與降水和溫度的分布相似,在南部邊緣最大,由東南向西北遞減。整個高原區(qū)域平均的土壤濕度在各個季節(jié)平均都有顯著的增加趨勢,相對應的高原降水和溫度也有增加的趨勢,春季土壤濕度主要受前期溫度影響,夏季土壤濕度主要受前期降水影響,秋季土壤濕度則由前期降水和溫度共同決定。去除線性趨勢后,春季土壤濕度的年際變化周期為4a和2.5 a,夏季和秋季土壤濕度的年際變化主周期分別為5 a和7 a。(3)高原春季土壤濕度在東部和西部各有一個年際變率大值區(qū),這兩個區(qū)域的土壤濕度年際變化近似獨立,由表層到深層變化一致,并能從春季持續(xù)到夏季。兩者均與長江流域夏季降水有密切聯(lián)系,且關(guān)系恰好相反,它們構(gòu)成的東-西“偶極型”模態(tài)對長江流域夏季降水有著顯著的影響,相關(guān)系數(shù)高達0.72。定義東部關(guān)鍵區(qū)減去西部關(guān)鍵區(qū)土壤濕度指數(shù)TPSMI,發(fā)現(xiàn)春季與夏季的TPSMI相關(guān)系數(shù)為0.56,即春季表層土壤濕度的異常信號能夠穩(wěn)定持續(xù)到夏季。(4)當TPSMI偏大時,即高原東部土壤濕度偏大,而西部偏小時,夏季在高原東部(西北部)存在一個潛熱(感熱)熱源,診斷分析和數(shù)值模擬都表明,二者共同作用能在對流層中高層從高原西部經(jīng)我國大陸直至東北地區(qū)激發(fā)出一個氣旋(C)—反氣旋(A)—氣旋(C)波列,該波列呈相當正壓結(jié)構(gòu),有利于東北冷渦的加強及冷空氣向南侵襲;與此同時,南亞高壓加強東伸,西太副高西伸加強,低空南方暖濕氣流與北方干冷氣流在長江流域匯合,低層輻合,伴隨著上升運動加強,從而有利于夏季長江流域降水增多;反之,當TPSMI偏小時,夏季長江流域降水偏少。(5)利用WRF模式分析高原春季土壤濕度影響長江流域夏季降水的物理過程。數(shù)值試驗結(jié)果進一步驗證了上述觀測分析的結(jié)論,即初始時刻高原土壤濕度的異常,能夠持續(xù)到后期整個夏季,當高原東部土壤偏濕,而西部土壤偏干時,長江流域東部降水偏多,西部降水偏少;當高原東部土壤偏干,而西部土壤偏濕時,整個長江流域降水偏少。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P461
【部分圖文】：

圖２．１邋（ａ）青藏高原海拔高度（單位：ｍ）及各測站具體地理位置（圓形和正方形站點分別為藏東逡逑南站土壤溫度濕度碳通量數(shù)據(jù)集和藏東南山地林線觀測數(shù)據(jù)集的站點，紅色方框區(qū)為ＧＡＭＥ／Ｔｉｂｅｔ數(shù)逡逑據(jù)集，正三角和倒三角分別為具有１９９７—邋１９９８兩年觀測和只有］９９８年觀測的ＧＡＭＥ／Ｔｉｂｅｔ站點，藍色、逡逑紫色、黑色分別表示站點位于高原東南部、中部、北部）；（ｂ）邋ＧＡＭＥ／Ｔｉｂｅｔ數(shù)據(jù)集的站點具體地逡逑理位置逡逑表２．１觀測資料的土壤濕度數(shù)據(jù)基本信息逡逑分邐時間分逡逑序號邋站點邐經(jīng)度，緯度邐時間跨度邐土壤深度／ｃｍ逡逑類邐辨率／ｈ逡逑Ｓｏｕｔｈｅａｓ邐２００７．０１．０１一逡逑0１邐９９．７３８３°Ｅ．邋２９．７６２５°Ｎ邐２４邐４逡逑ｔｅｒｎ邐２００８．１２．３１逡逑２００５．０８．１８—逡逑高邐0２邐ＳＱＬＮ１邐９６．６１０６°Ｅ，邋２９．５９９７°Ｎ邐２４邐５；邋２０；邐６０逡逑．

由于各種觀測資料和替代資料的時間分辨率都不同，先把所有數(shù)據(jù)都處理成日平均逡逑資料，并將土壤濕度單位都處理為ｍ３．ｎｒ３。７套觀測資料中除了0１只有４邋ｃｍ處的觀測值外，逡逑其他站點均具有不同深度的觀測數(shù)據(jù)。從圖２．２可以看出，0２—觀測的土壤濕度從表層逡逑到深層的變化具有很好的一致性，表層（４或５邋ｃｍ）與中層（２０邋ｃｍ）、中層與深層（６０逡逑ｃｍ）的土壤濕度相關(guān)系數(shù)均在０．８以上。因此在與觀測值進行對比時，除了ＧＬＤＡＳ的ＣＬＭ逡逑將０—２邋ｃｍ和２—５邋ｃｍ的土壤濕度進行平均，其他資料均使用第一層土壤濕度。本文采用逡逑雙線性插值，將各套替代資料分別插值到７套觀測資料所在經(jīng)緯度位置。由于衛(wèi)星反演逡逑數(shù)據(jù)ＳＳＭ／Ｉ邋ＲＥＴＲＩＥＶＡＬＳ邋１１—３月的土壤濕度是插值所得，且再分析資料和陸面模式提逡逑供的土壤濕度包括固態(tài)水和液態(tài)水，而觀測獲得的土壤濕度為液態(tài)水含量（劉川等，逡逑２０１５）

（ａ）ｏｌ；邋（ｂ）ｏ２；邋（ｃ）ｏ３；邋（ｄ）ｏ４；邋（ｅ）ｏ６逡逑非凍結(jié)期土壤濕度的日資料數(shù)據(jù)量很大，此時可以通過評估指標來選出最適用于高逡逑原的土壤濕度替代資料。圖２．４ａ—ｈ分別為８套替代資料（ｓｉ邋—邋ｓ８）與７套觀測數(shù)據(jù)的逡逑相關(guān)系數(shù)，幾乎所有的相關(guān)系數(shù)都通過了邋９０％的置信度檢驗（紅色部分）。除了邋ｓｉ和ｓ８逡逑２２逡逑

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本文編號：2815215