大气强迫数据及LAI改进对土壤湿度模拟影响及产品评估

发布时间：2020-09-07 09:52

　　 作为陆气相互作用中的一个重要参量,土壤湿度对气候变化的重要性已经得到了广泛认可,然而,土壤湿度空间异质性强,资料缺乏,对土壤湿度的空间分布和模拟估计很具有挑战性,因此,国内外学者对土壤湿度的研究日益深入。本文以中国北方区域为研究区,设计4组试验分析大气强迫数据和叶面积指数(LAI)的改进对提高陆面过程模式模拟土壤湿度精度影响。同时,对7套不同的长时间序列土壤湿度产品进行了分析评价,并选用误差相对较小的产品分析1993-2013年夏季土壤湿度时空分布特征。主要结论如下：(1)通过4组完全处理试验设计,研究了大气强迫数据和叶面积指数改进对通用陆面模式CLM模拟土壤湿度影响。研究结果表明：大气强迫数据CLDAS和GLASS LAI对土壤湿度的模型模拟精度均有不同程度提高,但大气强迫数据CLDAS对CLM模式模拟改进效果更为明显,如二者同时改进,则模拟精度显著提高。在东北区域、华北区域和西北东区,与模式自带参数相比,CLDAS和GLASS LAI模拟结果与实测值的偏差(Bias)分别减少0.016 m3/m3、0.021 m3/m3、0.018 m3/m3,均方根误差(RMSE)分别减少0.021 m3/m3、0.032 m3/m3、0.027 m3/m3。季节差异分析表明：四组试验在夏秋季节模拟较好,冬春效果较差；CLDAS和GLASS LAI在不同季节均有显著改进。从各个区域的时间序列曲线来看,四组试验都能够较好体现土壤湿度年际变化特征,CLDAS和GLASS LAI与实测接近。(2)比较全球陆面同化系统(GLDAS)五个陆面模式(CLM、NOAH2.7、 NOAH3.3、VIC、MOSAIC)和再分析资料(ERA-Interim、NCEP/DOE)土壤湿度产品,结果表明各产品能较好的模拟我国北方土壤湿度空间分布特征；所有产品在东北区域都有较高的模拟,相关系数(R)均超过了0.4,最高达0.72,除MOSAIC外,其余产品|Bias|和RMSE分别小于0.04m3/m3和0.07m3/m3。在华北区域,CLM和ERA-Interim质量最高,|Bias|和RMSE分别小于0.01m3/m3和0.05m3/m3,R高于0.35。在西北东区,ERA-Interim模拟较好,相关系数达到了0.43。从季节变化来看,各产品都能较好的模拟夏季土壤湿度偏湿润的特征,但对冬季土壤湿度模拟较差。从年际变化来看,东北区域各产品表现较好,CLM、VIC、ERA-Interim和NCEP/DOE较好的描述了华北区域年际变化,ERA-Interim较好的再现了西北东区土壤湿度变化。(3)选用实测数据、GLDAS陆面模式产品(CLM)和ERA-Interim产品对我国北方1993-2013年夏季土壤湿度进行时空分析,研究表明：在我国东北和华北区域,土壤湿度呈现下降的变化趋势,西北东区相反。ERA-Interim能较好的反应我国北方土壤湿度年际变化趋势,CLM在1996年有突变点且未能反应华北地区土壤湿度年际变化趋势。M-K突变检验表明,在东北区域,土壤湿度在1993-1995年偏湿,1995年-2013年偏干；在华北区域,1999-2013年间偏干,1999年前变化较为复杂。在西北东区,1993-1998、2002-2010年偏干。CLM和ERA-Interim在东北区域M-K检验结果与实测一致,但在华北和西北偏差较大。从空间尺度上看,三套资料均表明我国北方土壤湿度由东北向西北逐渐变干,在内蒙古西部有干中心。EOF结果表明：在我国北方大部分区域,实测与ERA-Interim第一个主成分所对应的特征场正异常分布广泛,CLM的EOF分析结果与实测差异较大,对我国土壤湿度的时空变化特征展现能力较差。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P461.4;P435


本文编号：2813184