本文關(guān)鍵詞：中國大陸地區(qū)陸面能量交換及其對大尺度氣候變化響應(yīng)的初步分析

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【摘要】：地表-大氣間的能量和水分交換是氣候系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)重要過程,陸面通量的強(qiáng)度取決于局地大氣和地表狀況,但是它的時(shí)空分布既可能受到區(qū)域乃至大范圍天氣和氣候的影響,又可能對天氣和氣候產(chǎn)生反饋。本文在盡可能準(zhǔn)確構(gòu)建區(qū)域和全球尺度的陸面通量數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上,初步分析了陸面通量交換與大尺度氣候變化(如ENSO、PDO和全球平均溫度)的關(guān)系及可能的聯(lián)系機(jī)制。首先對多種陸面通量數(shù)據(jù)集在中國區(qū)域的時(shí)空分布進(jìn)行了比較,并用實(shí)測通量資料進(jìn)行了評估,以理解現(xiàn)有通量數(shù)據(jù)集在中國區(qū)域的適用性。為了進(jìn)一步提高陸面通量數(shù)據(jù)集的精度,結(jié)合中國北方多個(gè)野外臺站實(shí)測通量資料,通過統(tǒng)計(jì)方法對多種格點(diǎn)地表通量數(shù)據(jù)集進(jìn)行了訂正,構(gòu)建了一個(gè)受實(shí)測資料約束的適用于中國北方的新通量數(shù)據(jù)集(1979-2010)。鑒于大尺度氣候變化在氣候系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用,以構(gòu)建的通量數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ),分析和討論了中國北方區(qū)域尺度上陸面通量對ENSO和PDO等大尺度氣候變化的響應(yīng)特征。此外,采用多種全球格點(diǎn)資料的集合平均(避免某一種資料的誤差),探討了全球陸面通量時(shí)空分布與ENSO和全球平均溫度等大尺度氣候變化的可能聯(lián)系。本文主要結(jié)論概述如下：(1)各通量數(shù)據(jù)集均能描述出與我國氣候區(qū)和地形相對應(yīng)的通量空間分布,并且能夠表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化。但是,四種再分析資料之間差異較大,而離線陸面模式通量產(chǎn)品由于擁有相同的大氣強(qiáng)迫驅(qū)動場因而差距不大。波文比比較顯示出,離線陸面模式產(chǎn)品相對于再分析資料將更多的地面能量分配給感熱。從草地與森林兩類下墊面來看,各通量數(shù)據(jù)集對草地下墊面通量的估計(jì)要好于森林下墊面,總體上各通量數(shù)據(jù)集不能很好地描述森林站點(diǎn)的感熱時(shí)間變化,同時(shí)對潛熱和凈輻射也存在明顯的高估。此外,將各通量數(shù)據(jù)集和實(shí)測資料的平方差分解為三個(gè)部分,對所有站點(diǎn)總體來看,感熱數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)差偏差貢獻(xiàn)與平均值偏差相當(dāng),而潛熱和凈輻射數(shù)據(jù)集相對于平均值的估計(jì),更能準(zhǔn)確描述其時(shí)間變化。最后采用了一個(gè)打分系統(tǒng)對不同通量數(shù)據(jù)集進(jìn)行定量評估,對于感熱和凈輻射,ERA再分析資料表現(xiàn)最好,而潛熱通量表現(xiàn)最好的是NOAH和CLM, ERA和JRA也有較好的表現(xiàn)。(2)在假定地面實(shí)測數(shù)據(jù)比再分析資料/模式更接近真值的條件下,通過插值到站點(diǎn)上的格點(diǎn)資料與觀測值的比較發(fā)現(xiàn),格點(diǎn)資料的熱通量均可看作是接近真值的觀測值的線性函數(shù),并且對某一種格點(diǎn)資料來說,不同下墊面觀測與模擬值的線性趨勢均相差不大,這一重要的統(tǒng)計(jì)規(guī)律是本文地表通量數(shù)據(jù)集構(gòu)建方法的關(guān)鍵。此外,交叉驗(yàn)證結(jié)果表明構(gòu)建的數(shù)據(jù)集相對于幾種原始格點(diǎn)數(shù)據(jù)集精度有一定提高,這主要源于構(gòu)建的數(shù)據(jù)集平均值偏差以及標(biāo)準(zhǔn)差偏差項(xiàng)的降低。另外,考察了幾種原始格點(diǎn)資料統(tǒng)一插值到相同網(wǎng)格時(shí)網(wǎng)格間距取值帶來的誤差問題,發(fā)現(xiàn)不同間隔的插值結(jié)果差異很小。分析表明,中國北方地表湍流通量與氣候干濕空間分布在夏季和年平均上具有較強(qiáng)的一致性,構(gòu)建的通量數(shù)據(jù)集能夠合理的反映出地表熱通量的空間分布以及年際變化趨勢,并且感熱和潛熱均在半干旱區(qū)表現(xiàn)為最大的變率,對于感熱的趨勢變化,感熱通量在1960-2010年間在中國北方西部部分地區(qū)表現(xiàn)出顯著降低的趨勢,對應(yīng)西部變濕的趨勢,而在東北大部和華北部分地區(qū)則顯著上升。同時(shí),湍流熱通量與降水、凈輻射的趨勢和相關(guān)系數(shù)空間分布顯示出,在中國北方,陸面干濕狀況是驅(qū)動感熱和潛熱年際變化的主導(dǎo)因子。(3)在重構(gòu)我國北方地表通量數(shù)據(jù)集并分析其時(shí)空演變的基本特征的基礎(chǔ)上,通過對中國北方陸面通量在不同類型ENSO事件次年與其余年份的對比分析,我們獲得了陸面通量年際變化對ENSO事件響應(yīng)的基本特征。三類ENSO事件對通量交換的時(shí)空變化的總體影響表明：La Nina事件對中國北方陸面通量交換沒有顯著影響,EP型El Nino則顯著影響中國東北地區(qū)北部的感熱和潛熱交換,而CP型El Nino的影響與EP型El Nino相反,但程度較弱。為了找到陸面通量顯著受ENSO作用的最大區(qū)域范圍,進(jìn)一步考察了陸面通量在極端ENSO事件發(fā)生次年(以1998年為例)的空間分布型。另外,根據(jù)不同ENSO類型總體的平均影響范圍與極端年份的比較,可以區(qū)分陸面通量交換受ENSO影響不同程度的區(qū)域。此外,對北太平洋年代際振蕩(PDO)不同位相下陸面通量的合成和相關(guān)分析表明,陸面通量在中國北方不同區(qū)域?qū)DO的響應(yīng)存在差異。總體來看,ENSO、PDO等大尺度氣候變化對陸面過程的作用主要通過影響陸面干濕狀況,進(jìn)而體現(xiàn)在感熱和潛熱的能量分配上,其對凈輻射的影響較弱。(4)此外,以Nino 3.4 sst和SOI指數(shù)作為ENSO指數(shù)考察了全球平均降水以及陸面通量與ENSO指數(shù)的相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)全球陸面平均熱通量尤其是感熱的年際變化與ENSO指數(shù)存在顯著相關(guān)。在全球范圍內(nèi),澳大利亞東部等區(qū)域是陸面通量顯著響應(yīng)于ENSO的關(guān)鍵區(qū)域。總體上,陸面通量在全球范圍內(nèi)對ENSO的響應(yīng)基本上都對應(yīng)于降水的顯著變化。陸面通量與全球平均氣溫的相關(guān)系數(shù)空間分布也存在一定的規(guī)律性,表明全球變暖很可能是造成全球陸面通量變化的一個(gè)大尺度背景因素。關(guān)于大范圍陸氣通量交換的時(shí)空分布的變化對區(qū)域和全球氣候變化的反饋影響尚需進(jìn)一步研究。
【關(guān)鍵詞】：能量水分循環(huán) 陸面通量 資料評估 數(shù)據(jù)集構(gòu)建 大尺度氣候變化
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P467;P422.4
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-38
• 1.1 研究意義14-16
• 1.2 地表通量研究進(jìn)展16-31
• 1.2.1 地表通量的直接觀測和計(jì)算16-22
• 1.2.1.1 渦動相關(guān)法17-19
• 1.2.1.1.1 地表能量不平衡問題18-19
• 1.2.1.2 波文比-能量平衡法19-21
• 1.2.1.3 蒸滲計(jì)法21
• 1.2.1.4 大孔徑閃爍儀法21-22
• 1.2.2 陸面過程模式22-24
• 1.2.2.1 陸面參數(shù)化方案比較計(jì)劃(PILPS)23
• 1.2.2.2 陸面模式參數(shù)化改進(jìn)23-24
• 1.2.3 地表通量的衛(wèi)星遙感及反演24-28
• 1.2.3.1 地表能量平衡模型25-26
• 1.2.3.1.1 單層模型25
• 1.2.3.1.2 雙層模型25-26
• 1.2.3.2 溫度-植被指數(shù)特征空間法26
• 1.2.3.3 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型26-27
• 1.2.3.4 與傳統(tǒng)方法相結(jié)合的遙感模型27-28
• 1.2.4 再分析資料28-29
• 1.2.5 現(xiàn)有格點(diǎn)通量數(shù)據(jù)集的比較29-31
• 1.3 地表通量與氣候和氣候變化聯(lián)系的研究進(jìn)展31-35
• 1.3.1 陸面通量對天氣和氣候變化的響應(yīng)31-33
• 1.3.2 陸面通量異常對氣候的影響33-35
• 1.3.2.1 土地利用和覆蓋變化對氣候的影響33-34
• 1.3.2.2 大地形熱力異常對氣候的影響34-35
• 1.4 本研究的目的和擬解決的科學(xué)問題35-37
• 1.5 論文章節(jié)安排37-38
• 第二章 7種陸面熱通量數(shù)據(jù)集在中國區(qū)域的比較和評估38-62
• 2.1 前言38-39
• 2.2 數(shù)據(jù)資料39-41
• 2.2.1 再分析資料39-40
• 2.2.2 GLDAS離線陸面模式資料40
• 2.2.3 通量站點(diǎn)觀測40-41
• 2.3 再分析資料/模式通量產(chǎn)品在中國的比較41-52
• 2.3.1 通量的季節(jié)和年平均41-46
• 2.3.2 通量的年際變率46-50
• 2.3.3 通量季節(jié)變化主分量分析50-52
• 2.4 中國區(qū)域各通量產(chǎn)品的評估52-61
• 2.4.1 通量產(chǎn)品和實(shí)測資料的年變化比較52-56
• 2.4.2 Bias和S-Index分布56-58
• 2.4.3 通量產(chǎn)品與觀測資料的均方差分解58-60
• 2.4.4 通量產(chǎn)品評分60-61
• 2.5 本章小結(jié)61-62
• 第三章 中國北方地表通量長期數(shù)據(jù)集的構(gòu)建62-80
• 3.1 前言62-63
• 3.2 資料介紹63-65
• 3.2.1 觀測資料63-64
• 3.2.2 格點(diǎn)通量產(chǎn)品64-65
• 3.3 數(shù)據(jù)處理和訂正方法65-71
• 3.3.1 數(shù)據(jù)處理65-67
• 3.3.2 訂正方法67-71
• 3.4 通量數(shù)據(jù)集的構(gòu)建71-74
• 3.5 構(gòu)建的通量數(shù)據(jù)集的不確定性74-76
• 3.6 不同資料對中國北方地表通量年際變化的比較76-78
• 3.7 本章小結(jié)78-80
• 第四章 中國北方地表通量的時(shí)空變化規(guī)律80-94
• 4.1 前言80-81
• 4.2 數(shù)據(jù)和方法81-82
• 4.2.1 數(shù)據(jù)資料81
• 4.2.2 分析方法81-82
• 4.3 中國北方地表通量的氣候平均和變率空間分布82-84
• 4.4 中國北方不同氣候區(qū)地表通量的時(shí)間變化84-87
• 4.5 中國北方感熱時(shí)間長度上的延伸87-90
• 4.6 中國北方地表通量的主要時(shí)空模態(tài)90-93
• 4.7 本章小結(jié)93-94
• 第五章 中國北方通量變化與區(qū)域氣候和氣候變化的關(guān)系94-117
• 5.1 引言94-95
• 5.2 資料和方法95-96
• 5.2.1 數(shù)據(jù)資料95
• 5.2.2 研究方法95-96
• 5.3 中國北方通量變化與ENSO事件的聯(lián)系96-110
• 5.3.1 ENSO事件的分類96-98
• 5.3.2 不同類型ENSO下陸面熱通量的合成98-103
• 5.3.3 不同類型ENSO的中國北方降水的合成103-104
• 5.3.4 關(guān)鍵區(qū)通量與ENSO的聯(lián)系104-107
• 5.3.5 通量變化對極端ENSO事件的響應(yīng)107-108
• 5.3.6 不同類型ENSO形勢場108-110
• 5.4 中國北方陸面通量與PDO的聯(lián)系110-115
• 5.4.1 太平洋年代際濤動(PDO)的定義110-112
• 5.4.2 陸面通量在PDO不同階段的合成112-114
• 5.4.3 陸面通量與PDO指數(shù)的相關(guān)114-115
• 5.5 本章小結(jié)115-117
• 第六章 全球通量變化與大尺度氣候變化之間的聯(lián)系117-128
• 6.1 引言117-118
• 6.2 資料和方法118
• 6.3 全球平均陸面通量與ENSO的關(guān)系118-124
• 6.4 全球平均陸面通量與全球平均氣溫的可能聯(lián)系124-127
• 6.5 本章小結(jié)127-128
• 第七章 總結(jié)與展望128-132
• 7.1 本文主要結(jié)論128-130
• 7.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)130-131
• 7.3 討論與展望131-132
• 參考文獻(xiàn)132-152
• 在學(xué)期間科研成果152-153
• 致謝153-154

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1 張宇,呂世華;陸面過程模式對不同土壤物理性質(zhì)的敏感性研究[J];冰川凍土;2001年03期

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3 孫菽芬;陸面過程研究的進(jìn)展[J];新疆氣象;2002年06期

4 周鎖銓,代刊,陳濤,屠其璞,陳萬隆;陸面過程模式的改進(jìn)及其檢驗(yàn)[J];氣象學(xué)報(bào);2003年03期

5 薛根元,周鎖銓,孫照渤,陳國勇,楊煜燦,陳紅梅;陸面過程研究的新進(jìn)展[J];科技通報(bào);2005年04期

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9 鄭輝;劉樹華;;沙漠陸面過程參數(shù)化與模擬[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年07期

10 胡隱樵;陸面過程野外觀測試驗(yàn)的進(jìn)展[J];地球科學(xué)進(jìn)展;1992年03期

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1 席朝笠;楊學(xué)成;;陸面非均勻研究進(jìn)展[A];第二屆長三角氣象科技論壇論文集[C];2005年

2 蔡福;周廣勝;李榮平;明惠青;;陸面過程模型對下墊面參數(shù)動態(tài)變化的敏感性分析[A];第28屆中國氣象學(xué)會年會——S3天氣預(yù)報(bào)災(zāi)害天氣研究與預(yù)報(bào)[C];2011年

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3 曾劍;中國北方地區(qū)陸面過程特征和參數(shù)化及其與氣候關(guān)系[D];中國氣象科學(xué)研究院;2011年

4 師銳;寒區(qū)陸面過程特征的模擬研究[D];蘭州大學(xué);2007年

5 黃菁;中國黃土高原地區(qū)陸面過程時(shí)空變化特征的觀測與模擬研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2012年

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7 孫昭萱;干旱、半干旱區(qū)陸面過程氣候特征及其對比分析[D];蘭州大學(xué);2010年

8 楊揚(yáng);干旱區(qū)荒漠草原過渡帶快速變化的陸面過程的觀測與數(shù)值研究[D];蘭州大學(xué);2014年

9 李宏宇;黃土高原半干旱區(qū)陸面能量不平衡和陸面過程參數(shù)化研究[D];蘭州大學(xué);2012年

10 張芳;我國西部地區(qū)綠化、沙漠化對氣候影響的數(shù)值模擬研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2001年

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本文編號：931828