干旱区大面积地膜覆盖对区域气候影响的模拟研究

发布时间：2020-10-11 15:08

　　 在干旱区,为了增加农作物产量,通常使用地膜覆盖地表用以抑制蒸发,提高水分利用率。从陆气相互作用角度而言,大面积地膜覆盖显著改变了地表陆面参数,并阻断了土壤与大气间的水分交换,因而会影响该地区陆面过程,并可能对区域气候产生一定的影响。本文利用中国西北干旱区古浪非均匀下垫面近地层观测实验(Gulang Heterogeneous Underlying Surface Layer Experiment,GHUSLE)地膜覆盖情形下的观测资料,并结合NOAH LSM(简称为NOAH)陆面过程模式和WRF区域气候模式,模拟研究了地膜覆盖对陆面过程和区域气候的影响。得到如下结论:首先,分析了 GHUSLE实验中地膜覆盖农田下垫面的陆面过程特征,并检验了 NOAH模式对这类特殊下垫面的模拟性能。资料分析结果表明:干旱区地膜覆盖下垫面的水热传输特征为浅层变化剧烈,受太阳辐射的强烈影响,具有显著的日变化,而深层变化较为平缓;其辐射四分量均呈现明显的单峰型,地表综合反照率均呈现U型,其中,向上短波辐射受地膜影响较为显著,观测前期地表综合反照率较观测后期高,农田站能量平衡特征为潜热通量占主导地位,主要与植被蒸腾作用有关:数值模拟结果表明:NOAH模式模拟的所有陆面特征变量与观测值间均具有较大偏差,说明该模式不能合理地刻画这种特殊的下垫面的陆面过程特征。其次,考虑了地膜覆盖对地表综合反照率和蒸发的影响,并利用人工智能粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法,优化了 NOAH 模式中的陆面参数,形成了适用于地膜覆盖下垫面的NOAH__MULCH模式。通过与观测资料的对比发现:NOAH__MULCH显著的提高了对地膜覆盖下垫面的陆面过程特征的模拟能力,模拟的向上短波、向上长波、感热、潜热通量与观测值更为接近。通过与原NOAH模式的对比,发现地膜覆盖会显著影响辐射平衡、湍流通量和土壤温湿度。最后,将NOAH__MULCH模式耦合到WRF模式中,模拟研究了大面积地膜覆盖对区域气候的影响。对比有无地膜覆盖模拟的气象要素和陆面过程特征差异,得到以下结论;大面积地膜覆盖后土壤湿度增加0.009-0.090m3.m-3;土壤温度下降0.2-1.6K;潜热通量减少2-15W·m-2;感热通量减少10-45W·m-2;净辐射通量增加12-23W·m-2地表比湿下降,最大达到0.16g/kg,地表温度下降,最大达到为1.6K,地表气压上升,最大为11Pa。说明大面积地膜覆盖对该地区气象要素和陆面特征均有一定影响。
【学位单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P461
【部分图文】：

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２．２模式简介??为了研究地膜覆盖对陆面过程的影响，本文使用离线运行的一维陆面模式??ＮＯＡＨ?ＬＳＭ，而为了评估大面积地膜覆盖对区域气候的影响，使用区域气候模??式ＷＲＦ，下面将分别对这两个模式进行详细的介绍。??２．２．１?ＮＯＡＨ?ＬＳＭ模式简介??ＮＯＡＨ?ＬＳＭ的研究开始于１９９０年，最先由ＮＣＥＰ提出，此后由不同的研宄??机构不断扩展，发展成为一个包含复杂物理过程的陆面过程模式，可以用于模拟??土壤温湿度、湍流通量以及辐射等。该模式己在不同的下垫面进行过模拟验证，??并已经稱合进?ＷＲＦ（ｔｈｅ?Ｗｅａｔｈｅｒ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?＆?Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ?Ｍｏｄｅｌ）、??ＰＳＵ／ＭＭ５Ｐｅｎｎｓｌｖａｎｉａ?Ｓｔａｔｅ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ／?ｔｈｅ?Ｆｉ他－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?Ｐｅｎｎ?Ｓｔａｔｅ／ＮＣＡＲ??
【参考文献】

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本文编号：2836759