状态—参数同步估计框架下的土壤水分同化研究

发布时间：2022-02-24 10:46

　　土壤水分是陆地水循环中的重要组成部分,也是地表辐射分配中的重要影响因素,因此土壤水分的准确估计对于陆表状态的认知、陆气相互作用的研究、农业生产管理等具有重要意义。陆面数据同化作为—种模型与观测数据的融合手段,在考虑观测场和背景场误差的基础上,利用观测信息修正动力学模型的运行轨迹,能得到时空连续并具有较高精度的土壤水分估计信息。从陆面数据同化的框架来看,模型和数据是其中两大主要组成部分,而土壤水分同化也面临着来自这两方面的约束与挑战。因此,本研究针对模型中的参数不确定性问题以及多种观测联合同化两个方面展开,开展了站点、区域土壤水分同化实例研究,主要包括以下三个方面:（1）集合卡尔曼滤波框架下的状态-参数同步估计。模型参数不确定性会造成模型模拟与观测间的系统性偏差,这种偏差的存在会影响状态同化的效果。针对这—问题,本研究利用状态-参数同步估计方法在减少模型模拟偏差的同时达到提高状态估计精度的目的。选择蒙古高原站点为研究区,围绕目前土壤水分同化领域中常涉及的线性（以地面观测土壤水分为观测）和非线性观测系统（以模拟亮温为观测）展开,通过逐步增加实验情景的复杂度,同时改变观测间隔以及观测组合,综... 

【文章来源】：武汉大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 土壤水分站点观测
        1.2.2 土壤水分遥感观测
        1.2.3 土壤水分同化
        1.2.4 陆面数据同化系统
    1.3 目前土壤水分同化中存在的问题
    1.4 论文研究内容与组织结构
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 组织结构
第二章 陆面同化基本框架:模型与方法
    2.1 陆面过程模型
        2.1.1 土壤水分计算方案
        2.1.2 土壤温度计算方案
        2.1.3 通量计算方案
    2.2 辐射传输模型
    2.3 同化方法
        2.2.1 集合卡尔曼滤波
        2.2.2 集合卡尔曼平滑
    2.4 同化过程中的偏差校正问题
第三章 集合卡尔曼滤波框架下的状态-参数同步估计
    3.1 引言
    3.2 状态-参数同步估计方法
        3.2.1 增广矩阵法
        3.2.2 双重滤波法
        3.2.3 参数同步优化法
    3.3 实验区介绍
    3.4 实验设计
    3.5 实验结果分析
        3.5.1 同化表层土壤水分实验结果分析
        3.5.2 同化亮温实验结果分析
        3.5.3 参数有效性验证
    3.6 本章小结
第四章 联合多变量站点观测的土壤水分同化
    4.1 引言
    4.2 实验区介绍
    4.3 同化方案
        4.3.1 同化算法改进
        4.3.2 实验设计
    4.4 未知灌溉信息条件下实验结果分析
        4.4.1 土壤水分同化结果
        4.4.2 土壤温度同化结果
        4.4.3 地表通量同化结果
    4.5 灌溉区实验结果的多因素影响分析
        4.5.1 灌溉信息对同化结果的影响分析
        4.5.2 观测间隔对同化结果的影响分析
        4.5.3 观测误差对同化结果的影响分析
        4.5.4 参数估计对同化结果的影响分析
    4.6 本章小结
第五章 联合多源遥感观测的土壤水分同化
    5.1 引言
    5.2 实验区介绍
    5.3 CoLM模型方案在青藏高原地区的修正
    5.4 同化方案
        5.4.1 同化算法改进
        5.4.2 实验设计
        5.4.3 土壤水分升尺度
    5.5 实验结果与分析
        5.5.1 细尺度网格状态估计结果分析
        5.5.2 参数估计结果分析
        5.5.3 加密观测网格状态估计结果分析
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 主要工作与总结
    6.2 存在的问题与展望
参考文献
攻博期间取得的科研成果
攻博期间参与的课题情况
致谢



本文编号：3642564