基于WRF-Noah陆面模式的蒙古高原土壤水热耦合模拟

发布时间：2020-08-27 19:27

【摘要】：全球气候变化及其预测和模拟研究是当今国内外关注的重要科学问题之一。陆气间的相互作用,是地球气候系统中极其关键的组成部分,同时也是控制大气与陆地生态系统之间进行能量和物质交换的关键,更是地球气候系统的主要驱动因素之一。而土壤水分和土壤温度在陆地与大气之间相互作用的过程中,又是决定因素。蒙古高原是欧亚大草原的主要组分,是世界上最大连续的具有较高草原物种多样性的草原生态系统之一。近几十年来,蒙古高原的生态环境问题越加显著。本文基于WRF模型耦合Noah陆面模式,利用NCEP_fnl全球分析资料,对蒙古高原2000-2015年间四个年份(2000年、2005年、2010年、2015年)生长季0-10cm土壤水热状况进行模拟,重点关注蒙古高原土壤水热特征及其与主要陆面参数之间的关系以及主要植被类型对土壤水热变化的响应。论文主要结论如下:(1)WRF-Noah陆面模式适用于蒙古高原土壤水热模拟;(2)2000-2015年蒙古高原生长季0-10cm土壤水分时空特征:蒙古高原生长季土壤水分含量具有明显的空间分布特征,即北部和东部最高,西南部地区最低,自北向南、自东向西逐渐减少;16年间,土壤水分整体上呈增加趋势,但并没有达到显著水平;土壤水分季节性波动较明显,5-8月逐渐增加,9-10月逐渐下降。(3)2000-2015年蒙古高原生长季0-10cm土壤温度时空特征:蒙古高原生长季土壤温度空间分布具有明显地带性规律,即从北向南、从东向西逐渐增加,西南部土壤温度最高;16年间,土壤温度整体上略有下降,但并没有达到显著水平;土壤温度季节性波动较明显,5-8月逐渐增加,9-10月逐渐下降。(4)2000-2015年蒙古高原生长季0-10cm土壤水热特征:大的气候背景是影响土壤水热的主要决定因素,对陆面特征产生综合影响。相似气候背景的下垫面,具有相似的土壤水热特征。(5)2000-2015年蒙古高原生长季,植被对0-10cm土壤水热变化的响应特征:1)草甸草原和典型草原,土壤温度是影响植被NDVI变化的主要因子,其变化速率分别为0.0227单位/℃和0.0075单位/℃。2)荒漠草原,土壤水分和土壤温度均不会对植被NDVI产生显著影响。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S152
【图文】：

图 2.1 蒙古高原Figure 2.1 Mongolia Plateau2.1.3 气候概况蒙古高原远离海洋，为亚洲内陆高原，是北半球最大的干旱半干旱高原，夏季温暖，冬季寒冷，隶属于中亚地区温带大陆性气候[95]。高原北部和南部受北冰洋和太平洋水汽影响。太阳总辐射量从北向南、从东到西逐渐递增，东北部与北部山区的年总辐射量约为 120-130Kcal/cm2，南部地区的阿拉善高原年总辐射量大约为 160 Kcal/cm2。随着地理位置以及下垫面性质的变化，不同地区的太阳总辐射量以及由海洋气团所携带的水汽也产生了差异，从而使水热的分配产生了明显的地带性规律。年均温度从草甸草原的-1.7℃到荒漠草原的 5.6℃，年均降水约为 300-400mm，从北到南、从东到西递减，在蒙古国

内蒙古大学硕士毕业论文及 Richards 方程求解土壤温度和土壤水分[100-101]。研究证明，Noah 陆面模式具有准壤热力过程和水文过程的能力，因此本文用 WRF 模式耦合 Noah 陆面模式进行相关03]。文涉及的其他辅助软件主要有：ARWpost、GrADS、Meteolnfo、SPSS、ArcGISlot。

Noah、CLM、Mosaic 和 VIC），可生成一系列数据资料，比如土壤温度、土壤量以及潜热通量等（获取网址：https://disc.gsfc.nasa.gov/datasets?keywords=GAS 中土壤水分的单位是 kg/m2，在本文中需要转换为土壤体积含水量，如公式kgm2m31000kg1000mm1m1土壤层厚度（mm）=体积含水量 （公3）土壤温度验证数据：土壤温度验证数据采用内蒙古自治区生态与农业气象中0 年-2015 年的共 34 个站点的实测土壤温度数据（站点分布如图 2.3 所示）和 空间分辨率为 1°×1°、时间分辨率为 1 月的土壤温度数据（GLDAS 主要作为蒙温度的验证数据，在使用 GLDAS 数据作为验证数据时，本文采取随机选点，研究区的方法，选取相应数据进行对应结果验证）。

【参考文献】

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1 孙少波;陈报章;车涛;张慧芳;陈婧;车明亮;林晓凤;郭立峰;;青藏高原季节性冻土湿度模拟及参数优化——以黑河上游为例[J];高原气象;2017年03期

2 贾成朕;苗百岭;姜威;梁存柱;;阿拉善典型荒漠群落种群空间格局及种间关联的尺度依赖性[J];内蒙古大学学报(自然科学版);2017年02期

3 李超;张凤荣;王秀丽;奉婷;;土壤系统分类中土壤水热状况的确定方法及应用研究——以山西省为例[J];土壤;2017年01期

4 王海梅;侯琼;冯旭宇;云文丽;;自然降雨过程对典型草原土壤水分的影响研究——以锡林浩特为例[J];干旱气象;2016年06期

5 苗百岭;梁存柱;韩芳;梁茂伟;张自国;;内蒙古主要草原类型植物物候对气候波动的响应[J];生态学报;2016年23期

6 宋海清;李云鹏;师春香;于燕;孙小龙;杨晓华;吴昊;;内蒙古地区下垫面变化对土壤湿度数值模拟的影响[J];大气科学;2016年06期

7 甘富万;孙晋东;赵艳林;燕柳斌;曾行吉;;基于WRF风场再分析的银滩波浪场数值模拟[J];广西大学学报(自然科学版);2016年05期

8 张韵婕;桂朝;刘庆生;刘高焕;;基于遥感和气象数据的蒙古高原1982～2013年植被动态变化分析[J];遥感技术与应用;2016年05期

9 张果;薛海乐;徐晶;陈军明;何会中;;东亚区域陆面过程方案Noah和Noah-MP的比较评估[J];气象;2016年09期

10 肖林鸿;高艳红;Chen Fei;许建伟;李凯;李霞;蒋盈沙;;青藏高原极端气温的动力降尺度模拟[J];高原气象;2016年03期

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3 刘爱霞;中国及中亚地区荒漠化遥感监测研究[D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）;2004年

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9 卓义;基于MODIS数据的蒙古高原荒漠化遥感定量监测方法研究[D];内蒙古师范大学;2007年

本文编号：2806520