基于Noah LSM的土壤湿度敏感性及同化应用研究

发布时间：2022-02-20 11:14

　　土壤湿度是影响天气和气候的重要因子,一般认为土壤湿度对气候影响比对天气的影响大,然而作为重要的热力因子,其对天气的影响是实在的,特别在我国东部对中小尺度天气发生发展的具体作用还不明确,这使得从天气角度来理解土壤湿度的重要性变得十分困难。数值模拟是验证土壤湿度对天气影响的重要手段之一,然而复杂陆面模式中众多参数导致模拟存在较大的不确定性,尽管自动校正算法提供了解决陆面参数与模拟问题的重要策略,但在具体应用中仍有许多问题需要研究。因而,本文利用耦合了Noah陆面模式的中小尺度天气模式（WRF;Noah-WRF）和“离线”Noah陆面模式（Noah LSM）,重点研究了我国东部地区土壤湿度与天气发生发展的敏感性关系、陆面模式误差订正、遥感资料的陆面同化方法及其应用等问题。主要结论如下:基于Noah-WRF耦合模式研究了多个天气个例对土壤湿度的敏感性,并分析了敏感性差异及其可能原因。发现边界层（PBL）中不同变量对土壤湿度的敏感性差异较大,其中边界层高度（PBLH）在白天对土壤湿度很敏感,夜晚则较弱;部分个例显示,当对流发展时垂直速度（W）对土壤湿度较为敏感,而对流有效位能（Cape）和假相当... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究进展
        1.2.1 土壤湿度对大气的影响
        1.2.2 陆面模式校准算法研究
        1.2.3 陆面同化算法发展
        1.2.4 遥感观测在耦合模式中的同化研究
    1.3 研究中存在的主要问题
    1.4 研究思路和主要研究内容
第2章 我国东部地区天气对土壤湿度的敏感性
    2.1 引言
    2.2 模拟简介
        2.2.1 天气形势
        2.2.2 模式与试验
        2.2.3 模拟与观测降水比较
    2.3 结果和分析
        2.3.1 区域平均的边界层特征对土壤湿度的敏感性
        2.3.2 降水对土壤湿度的敏感性
    2.4 总结与讨论
第3章 对流尺度天气对土壤湿度的敏感性
    3.1 引言
    3.2 模拟简介
        3.2.1 模式和资料
        3.2.2 锋面暴雨和地表特征简介
    3.3 模式评估
        3.3.1 与观测垂直热力廓线比较
        3.3.2 对流形状和强度与观测亮温和降水比较
        3.3.3 降水总量和降水率与观测的比较
    3.4 暴雨对土壤湿度的敏感性
        3.4.1 近地表和上层PBL特征对土壤湿度的敏感性
        3.4.2 地表与上层对流的可能联系
        3.4.3 降水对土壤湿度的敏感性
    3.5 结论与讨论
第4章 两种校准方案对校正Noah LSM参数和模拟的比较
    4.1 引言
    4.2 标校方案
        4.2.1 算法介绍
        4.2.2 算法实施
    4.3 模式与方法
        4.3.1 模式与资料
        4.3.2 问题描述
        4.3.3 比较方法
    4.4 结果分析
        4.4.1 PSO参数对Noah标校的适用性
        4.4.2 物理约束在两种方案中的表现
        4.4.3 算法稳定性比较
    4.5 总结与讨论
第5章 两类订正方案在土壤湿度EnSRF同化中的比较
    5.1 引言
    5.2 方法介绍
        5.2.1 订正方案
        5.2.2 同化算法
    5.3 模型和试验
        5.3.1 模式和资料
        5.3.2 试验设计
    5.4 结果与分析
        5.4.1 订正结果比较
        5.4.2 同化结果比较
        5.4.3 综合比较
    5.5 结论与讨论
第6章 MODIS LST资料EnSRF同化在WRF中的应用
    6.1 引言
    6.2 方法介绍
        6.2.1 集合均方根滤波
        6.2.2 背景调整
        6.2.3 观测控制
    6.3 模型和试验
        6.3.1 模式与资料
        6.3.2 地表温度观测
        6.3.3 试验设计
    6.4 结果与分析
        6.4.1 单点同化
        6.4.2 LST同化
    6.5 结论与讨论
第7章 总结与展望
    7.1 主要研究成果
        7.1.1 我国东部地区天气对土壤湿度敏感性特征
        7.1.2 基于Noah-WRF模式的对流尺度天气对土壤湿度的敏感性
        7.1.3 基于Noah陆面模式、PSO与SCE算法的校准应用方案比较
        7.1.4 基于Noah陆面模式的土壤湿度融合同化方案
        7.1.5 基于Noah-WRF模式的遥感观测同化应用
    7.2 主要创新点
    7.3 研究中的不足与未来工作展望
        7.3.1 研究中的不足
        7.3.2 未来工作展望
致谢
个人简历及在校期间发表的学术论文
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    在校期间发表的学术论文
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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[4]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]. 胡娅敏.南京信息工程大学 2007
[5]基于MODIS数据的地表温度、热惯量反演研究及其在土壤水分、地气间热交换方面的应用[D]. 蔡国印.中国科学院研究生院（遥感应用研究所） 2006



本文编号：3634929