西北农牧交错带地表水热过程的观测和CLM模拟研究

发布时间：2020-08-20 09:56

【摘要】：农牧交错带具有草地—农田—裸地大面积相互镶嵌的独特下垫面,其植被覆盖变化剧烈、生态脆弱、地表水热过程变化复杂,在全球气候变化和水文过程中起着重要作用,对其进行研究是不可或缺的。受限于观测资料欠缺,目前针对西北农牧交错带复杂下垫面的研究较少。因此,本文基于研究团队2017年在宁夏盐池设立的观测站数据,分析了西北农牧交错带农田和草地下垫面的地表水热过程特征,并对地表水热过程模式CLM4.5在该区域的模拟性能进行评估和改进。研究结论主要如下:第一、根据观测数据表明西北农牧交错带盐池站草地的太阳辐射、大气长波辐射、地面反射辐射、地面长波辐射和净辐射有着显著的年内变化和日变化特征,与西北干旱区的规律相似。地表反照率受植被变化、土壤含水量和降水影响,在10月达到最小,年均值为0.21。西北农牧交错带盐池站草地和农田的土壤温度在夏季随土壤深度加深递减,在冬季随土壤深度加深递增。在7~8月由于灌溉作用和玉米冠层覆盖度较大,导致农田土壤温度较草地低。盐池站草地土壤含水量在10~15 cm最高,农田土壤含水量在5~10 cm最高。农田土壤含水量整体高于草地,这是由于农田翻耕作用导致。第二、在复杂下垫面下,CLM4.5仍能较好地模拟出草地的地面反射辐射、地面长波辐射和净辐射随时间的变化特征。地面反射辐射在5月由于叶面积指数偏高而偏低,其它时期略偏高;地面长波辐射模拟值白天偏高是源于地表温度模拟值偏高;受地面反射辐射和地面长波辐射影响净辐射模拟值表现为偏低。CLM4.5能较好地模拟出草地土壤含水量和温度的垂直分布和时间变化特征,但由于热传导率模拟偏大导致土壤温度模拟值表现为夏季偏高,冬季偏低。土壤含水量模拟值偏低与孔隙度密切相关。第三、CLM4.5在农田下垫面的模拟结果显示模式在盐池站的自动灌溉量(3734 mm)远大于本地实际的灌溉量(300~600 mm),导致在5~9月土壤温度模拟值偏低(-5℃),土壤含水量变化趋势与观测值差异较大。通过修改模式将灌溉时间和灌溉量本地化后,生长季土壤温度的模拟值与观测值的相关系数从0.83增加到0.89,均方根误差从-2.52℃减小到-0.62℃,土壤含水量模拟值与观测值的相关系数从0.26增加到0.70。第四、在晴天和阴天,土壤温度模拟值表现为草地偏高,农田偏低。在一次降雨事件中,由于模式在降雨后对土壤温度的偏高情况得到了缓解,地面长波辐射在降雨后的模拟性能比降雨前好,所以模式更适合模拟降雨后更为湿润下垫面的地面长波辐射和净辐射。这些结果有助于深入了解西北农牧交错带地表水热过程机理,为改进和完善CLM4.5模拟西北农牧交错带的复杂下垫面地表水热过程提供科学依据。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S152
【图文】：

第二章 资料和方法2.1 研究区概况本研究的观测站设立于宁夏回族自治区东部的盐池县（107°23′E，37°58′N，海拔 1333 m，图 2-1），盐池县属于典型的大陆性季风气候，常年气候干燥，少雨多风、日照充足，年平均气温 8.1°C，降水量 280mm，主要集中在 6～8 月（李亚等，2009）。盐池县北接毛乌素沙漠，南靠黄土高原，自北向东南，从干旱区向半干旱区过渡，从荒漠草原向干草原过渡，从牧区向农区过渡，属于典型的过渡地带，是一个以牧为主、半农半牧的典型西北农牧交错带区域（苏占胜等，2007）。观测站主要以草地为主的多种植被覆盖类型交错分布，是研究西北农牧交错带较为理想代表点，为研究西北农牧交错带地表水热过程及验证 CLM4.5 的模拟性能提供观测资料。

图 3-1 2017 年盐池站草地辐射的日均变化gure.3-1 The observed daily variations of radiation over grassland at Yanchi s2017平均日变化特征月平均消除了各种天气现象（云和降水）影响后，能更好地分析观测数据进行月平均得到了 2017 年西北农牧交错带草地太阳辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射的月平均日变化图（图各辐射的日变化曲线较为光滑，呈单峰型。太阳辐射的日变化特夜间为零，峰值出现在 12:30～13:30，在 7 月最大为 785.78W射的日变化规律和太阳辐射相似，峰值也出现在 12:30～13:30，59.34 W·m-2。大气长波辐射和地面长波辐射表现为夜间较低日出面长波辐射的日变化幅度大于大气长波辐射是由于在半干旱草原日变化幅度显著大于大气温度。大气长波辐射的峰值较太阳辐射出现在 14:30～15:30，峰值在 7 月达到最大为 415.00W·m-2，地面

图 3-2 2017 年盐池站草地辐射月平均的日变化ure. 3-2 The observed monthly-average diurnal variations of radiation over grYanchi station in 2017地表反照率能综合反映出植被覆盖度、土壤湿度等物理因子对辐射程（张强等，2003a）。反照率由地面反射辐射与太阳辐射的比值得傍晚太阳辐射较小，导致地面反照率的偏差较大，所以剔除了太阳·m-2的数值以减小微弱辐射产生的误差（李德帅等，2014 年）。20交错带草地下垫面的地表反照率的年均值为 0.21。平均状况下的日近似于典型晴天的日变化曲线，呈 U 型，夜间太阳在地平线以下，清晨和傍晚较高，白天稍低。干旱半干旱区的地表反照率主要随变化而改变（刘辉志等，2008）、植被覆盖度变大而减小（岳平等含水量增大而减小（张果等，2009）、太阳高度角增大而减小（陈继伟农牧交错带由于在冬半年（1～3 月和 11～12 月）较为干燥，下垫下降，导致反照率较高；在夏半年（4～10 月）地表植被较为茂盛

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 曾启飞;姚剑;;基于CLM的人脸特征点检测[J];黑龙江科技信息;2017年09期

2 刘敏,舒乃秋;CLM-Ⅱ超声水位仪的研制[J];中国农村水利水电;2003年10期

3 王豪;徐正全;熊礼治;王涛;;CLM:面向轨迹发布的差分隐私保护方法[J];通信学报;2017年06期

4 王平;沈润平;;基于CLM模型的植被覆盖变化对黄土高原气温和降水的影响研究[J];科学技术与工程;2013年20期

5 吴培良;李亚南;杨芳;孔令富;侯增广;;一种基于CLM的服务机器人室内功能区分类方法[J];机器人;2018年02期

6 郑光强;;单轴数控系统的改造——用CLM数控改造CNC100数控[J];机床电器;2006年05期

7 陈渤黎;罗斯琼;吕世华;方雪薇;常燕;;基于CLM模式的青藏高原土壤冻融过程陆面特征研究[J];冰川冻土;2017年04期

8 刘少锋,林朝晖;通用陆面模式CLM在东亚不同典型下垫面的验证试验[J];气候与环境研究;2005年03期

9 章新平;王晓云;杨宗良;牛国跃;谢自楚;;利用CLM模拟陆面过程中稳定水同位素季节变化[J];科学通报;2009年15期

10 罗立辉;张耀南;周剑;潘小多;孙维君;;基于WRF驱动的CLM模型对青藏高原地区陆面过程模拟研究[J];冰川冻土;2013年03期

相关会议论文 前3条

1 方雪薇;罗斯琼;吕世华;陈渤黎;张宇;马迪;常燕;;CLM模式对青藏高原冻融期的模拟和验证[A];第33届中国气象学会年会 S3 青藏高原与复杂山地天气气候[C];2016年

2 李乃杰;武媛;;CLM模型应用于北京道面温度模拟[A];第33届中国气象学会年会 S13 “互联网+”与气象服务——第六届气象服务发展论坛[C];2016年

3 孙红颖;李楠;陈涛涌;王晓健;王青青;夏大静;张立煌;曹雪涛;;来源于人骨髓基质细胞的CLM(Cystatin—like molecule)的克隆与生物学功能的初步研究[A];中国免疫学会第四届学术大会会议议程及论文摘要集[C];2002年

相关硕士学位论文 前4条

1 朱昱作;西北农牧交错带地表水热过程的观测和CLM模拟研究[D];兰州大学;2019年

2 张颖;运营商CLM和BOSS互动交叉销售系统的分析与设计[D];北京邮电大学;2008年

3 王平;基于CLM模型的植被变化对黄土高原气温和降水影响研究[D];南京信息工程大学;2013年

4 黄超;基于CLM模型的人脸特征点定位系统的设计与实现[D];华中科技大学;2015年

本文编号：2797838