全球土壤湿度的记忆性特征及其气候效应

发布时间：2018-12-08 16:16

【摘要】：土壤湿度的气候效应及其记忆性一直是气候研究的重点和热点。尤其对于青藏高原,其土壤水分相变引起的非绝热加热对局地乃至亚洲的天气,气候和环流的变化有着重要的影响,是一个值得重视的科学问题。本文利用GLDAS全球土壤湿度同化资料通过统计诊断和数值模拟方法,分析了全球土壤湿度记忆性的时空分布特征及其与气候之间的关系。首先检验了GLDAS土壤湿度资料在全球的质量,并以青藏高原为例分析了GLDAS土壤湿度在高原地区的误差及引起误差的主要原因;在此基础上利用GLDAS土壤湿度资料分析了土壤湿度记忆性在全球的时空分布特征;利用降水和气温定义了一个反映大气温湿程度的指数,利用该指数分析了全球地区土壤湿度与局地气候之间的联系;在诊断分析的基础上,在青藏高原上运用数值模拟方法设计了两组敏感性试验,分析了高原春末土壤湿度对后期局地天气过程的影响。得出了以下主要结论:(1)青藏高原地区,GLDAS浅层(0-10cm)土壤湿度在非冻结期(4-10月)变化趋势与观测较为一致,但仍存在数值大小上的偏差,这种偏差主要由GLDAS驱动资料中降水强迫资料的误差引起;在冻结期(11月-翌年3月)GLDAS对土壤冻融过程的模拟与实际差异较大,这主要是由GLDAS模式中冻融参数化方案的缺陷及地表温度的误差引起的。(2)全球尺度上,GLDAS土壤湿度数据与观测数据具有较好的相关性,利用GLDAS土壤湿度数据得到的土壤湿度的记忆性在全球尺度上存在明显的季节变化和空间差异。土壤湿度记忆性时间尺度从20天至110天不等,在湿润地区以及一些高寒地区,土壤湿度记忆性相对较长,在干旱地区浅层土壤湿度记忆性较短,中深层(10-200cm)土壤湿度记忆性较长;北半球土壤湿度的记忆性春季最长,南半球土壤湿度的记忆性夏季最长。(3)土壤湿度的记忆性量化了土壤湿度异常的持续性,体现在土壤湿度既能“记住”前期气候的影响,也能持续影响后期的气候。降水和气温作为与土壤湿度变化联系最为密切的气候因子,在不同季节和地区与土壤湿度之间的相互作用不同。夏秋季降水是北半球同期土壤湿度的主要来源;北半球中高纬度及青藏高原地区,由于广泛分布着冻土,春冬季土壤湿度的增加主要依赖于同期气温升高而引起的冻土活动层的融冻及融雪;当年的夏秋季降水通过下渗和冻土活动层的冻结被保存起来,成为来年春季土壤湿度的主要来源,其中中层土壤(10~100 cm)是降水的主要存储层;同理,当年夏秋季气温的升高也会促进次年浅中层(0~100 cm)土壤的融冻,使来年春季土壤水分增加,春季气温的升高也会促进夏季土壤变湿。中低纬度地区及南半球,土壤湿度终年都随同期降水的增加而增加,随同期气温的升高而减小,中深层土壤主要存储前一个季节的气温和降水信息,即随春(夏/秋)季降水(气温)的增加(升高),夏(秋/冬)季中层土壤湿度增大(减小)。(4)春季作为北半球土壤湿度显著增加的时期,局地土壤湿度的增加有利于中低纬度地区后期降水的增多,但与北半球高纬度地区后期降水的关系较差,在季节尺度上中层土壤湿度对后期的降水影响较明显,在日至月尺度上浅层土壤湿度对后期降水的影响更重要;春季土壤湿度与夏季气温在大部分干旱地区呈现反相关关系,在高纬度地区则呈现正相关关系。(5)青藏高原春末土壤湿度的变化主要通过影响高原地区的非绝热加热以及水汽的输送去影响高原地区后期的天气过程。当青藏高原地区春末土壤湿度增大,其地表潜热通量和向上的水汽通量增大,气温降低,地表感热通量减小,引起高原大部分地区500h Pa位势高度升高,高原乃至中国上空200h Pa高空位势高度降低,使高原西北部降水增多,降水持续时间变长;当青藏高原地区春末土壤湿度减小,其土壤含水量减少,地表潜热通量和向上的水汽通量也减小,气温升高,地表感热通量增大,从而使得高原大部分地区500h Pa位势高度降低,在高原乃至中国上空200h Pa高空位势高度升高,使高原东南部降水增多,持续时间变长,西北部降水减少,持续时间变短。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S152.71

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 郭维栋,马柱国,姚永红;近50年中国北方土壤湿度的区域演变特征[J];地理学报;2003年S1期

2 李树岩;陈怀亮;方文松;赵国强;;河南省近20年土壤湿度的时空变化特征分析[J];干旱地区农业研究;2007年06期

3 韩俊杰;高永刚;南瑞;曹文达;;1984-2005年黑龙江省主要农区土壤湿度的变化特征[J];中国农业气象;2009年01期

4 范伶俐;郭品文;张羽;周怀博;;2008年的湛江土壤湿度特征[J];热带气象学报;2011年01期

5 李明星;马柱国;牛国跃;;中国区域土壤湿度变化的时空特征模拟研究[J];科学通报;2011年16期

6 朱海霞;宫丽娟;曲辉辉;吕佳佳;王晾晾;李百超;纪仰慧;闫平;王秋京;姜丽霞;王萍;;1981—2010年黑龙江省夏季土壤湿度演变特征[J];气象与环境学报;2012年05期

7 纪仰慧;王晨轶;朱海霞;姜丽霞;张剑侠;;松嫩平原土壤湿度时序变化特征[J];中国农学通报;2013年02期

8 ;三麦出苗与土壤湿度的关系[J];上海农业科技;1977年20期

9 丁庆发;;农田土壤湿度变化与气象因子的关系[J];现代化农业;1990年08期

10 钱允祺,陶士珩,王立祥,廖允诚;土壤湿度的统计特征及应用分析[J];中国农业气象;1999年01期

相关会议论文 前10条

1 马志红;;郑州市土壤湿度变化规律研究[A];第28届中国气象学会年会——S11气象与现代农业[C];2011年

2 蒋冲;;陇东黄土高原农田土壤湿度演变及其与气候变化的响应关系[A];中国农业工程学会2011年学术年会（CSAE 2011）论文摘要集[C];2011年

3 黄亮;彭小燕;丁爱萍;刘爱兵;黄新时;;南通地区土壤湿度预报模型初步试验[A];第26届中国气象学会年会农业气象防灾减灾与粮食安全分会场论文集[C];2009年

4 师春香;谢正辉;田向军;钱辉;梁妙玲;;中国区域卫星遥感土壤湿度同化系统研究[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年

5 丹利;季劲钧;;1989-1998年中国土壤湿度的时空变化模拟[A];中国气象学会2006年年会“气候系统模式发展与应用”分会场论文集[C];2006年

6 张秀芝;吴迅英;;35°N以南土壤湿度与降水的关系研究[A];《自然地理学与生态建设》论文集[C];2006年

7 周秉荣;申双和;胡玲;;利用主成分分析法提取土壤湿度信息的技术方法研究[A];中国气象学会2007年年会生态气象业务建设与农业气象灾害预警分会场论文集[C];2007年

8 周秉荣;李凤霞;申双和;胡玲;;主成分分析法提取土壤湿度遥感信息的技术方法研究[A];2007农业环境科学峰会论文摘要集[C];2007年

9 管晓丹;黄建平;郭铌;;黄土高原地区土壤湿度变化特征的观测研究[A];中国气象学会2008年年会干旱与减灾——第六届干旱气候变化与减灾学术研讨会分会场论文集[C];2008年

10 姜丽霞;李帅;闫平;朱海霞;纪仰慧;王萍;;黑龙江省近30a土壤湿度变化及其与气候变化的关系[A];粮食安全与现代农业气象业务发展——2008年全国农业气象学术年会论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 云南 刘刚;温室土壤湿度探测器[N];电子报;2009年

2 河南黄河园林绿化工程有限公司 肖磊;四项技术有效控制施工成本[N];中国花卉报;2008年

3 益农;目测土壤湿度法[N];山西科技报;2003年

4 张洪书;如何测定土壤湿度[N];承德日报;2005年

5 庆阳市农业技术推广中心 曹小梅;番茄裂果的原因及防治[N];陇东报;2010年

6 姚媛　编译;新观测证明土壤湿度和暴雨存在密切关系[N];中国气象报;2011年

7 王俊鸣;干旱与洪水预测技术获突破[N];科技日报;2004年

8 记者 王文辉;迅速掀起大田播种高潮[N];吉林日报;2009年

9 朱讯;黑龙江春播要抗涝[N];农资导报;2013年

10 余小乔　黄春生;我市出现轻度旱情[N];蚌埠日报;2009年

相关博士学位论文 前10条

1 刘栗;中国东部土壤湿度对中国气候的影响[D];中国气象科学研究院;2017年

2 程善俊;气温和降水对全球土壤湿度变化的影响研究[D];兰州大学;2017年

3 李得勤;土壤湿度的模拟和估算研究[D];兰州大学;2010年

4 左志燕;我国东部土壤湿度异常对东亚夏季风的影响[D];中国科学院研究生院;2007年

5 杨娜;基于云参数干旱遥感监测模型与集合卡尔曼滤波的土壤湿度同化研究[D];武汉大学;2010年

6 马媛;新疆土壤湿度的微波反演及应用研究[D];新疆大学;2007年

7 胡娅敏;江淮梅雨异常的数值模拟及土壤湿度资料同化对其模拟的改进[D];南京信息工程大学;2007年

8 郑兴明;东北地区土壤湿度被动微波遥感高精度反演方法研究[D];中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所);2012年

9 刘英;神东矿区地表植被与土壤湿度遥感监测研究[D];中国矿业大学（北京）;2013年

10 尹楠;基于全极化雷达影像反演垄行结构土壤湿度[D];吉林大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 保鸿燕;全球土壤湿度的记忆性特征及其气候效应[D];兰州大学;2017年

2 张晓影;中国区域土壤湿度特征分析及评估[D];中国地质大学（北京）;2009年

3 冉琼;全国土壤湿度及其变化的遥感反演与分析[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2005年

4 吴徐燕;基于常规气象资料计算的中国大陆土壤湿度的特征研究[D];兰州大学;2012年

5 李昂;土壤湿度及积雪数据的比较分析与融合[D];南京信息工程大学;2013年

6 刘栗;中国东部春季土壤湿度的时空特征及多种再分析资料的对比[D];中国气象科学研究院;2014年

7 陈立波;中国区域卫星遥感土壤湿度的时空变化及其对东部夏季降水的可能影响[D];南京信息工程大学;2015年

8 宋晓君;基于GEFA的中国夏季气候对东亚土壤湿度异常的响应及其统计评估[D];南京信息工程大学;2015年

9 王迪;基于CLM4.5模拟中国区域土壤湿度及其时空变化规律的研究[D];南京信息工程大学;2015年

10 毛伏平;模式误差对估算土壤湿度影响的研究[D];兰州大学;2015年

，

本文编号：2368634