多源积雪数据到通用陆面模式的混合DEnKF同化方法及其应用
发布时间：2021-06-05 18:31
陆面积雪是地球气候系统的重要组成部分,在水文过程、陆面能量收支平衡以及气候过程等方面扮演着重要的角色。新疆北疆阿勒泰地区地处欧亚大陆中心腹地,是新疆重要的农业和畜牧业基地,也是我国重要的季节性积雪区。积雪对阿勒泰地区非常重要,一方面,积雪融水给地区河流水量提供补给,另一方面,长时间大量的积雪会引起不同程度的雪灾,甚至引发融雪性洪水。雪灾的发生对交通、电力、通信和农牧业等带来诸多负面影响,严重威胁人们的生命财产安全,损害社会经济建设。因此,准确并及时地估算阿勒泰地区的积雪参数,如积雪面积、积雪深度和雪水当量等具有重要的现实意义。陆面模式中的积雪过程模式是一组描述积雪物质、能量和动量守恒与转换的数学物理方程,现已成为探索积雪时空演变过程的一个重要手段,它可以反演任意时空尺度的积雪参数。目前,陆面模式已被广泛应用于积雪的模拟与预测以及积雪对气候、水文模拟和融雪径流预测影响的研究。然而,由于受到了简化的参数化方案、气象驱动数据以及参数初始值等的误差影响,陆面模式模拟的积雪反照率、积雪覆盖率和积雪深度等变量值具有较大的误差。相关学者发展了一些基于直接插入和随机集合卡尔曼滤波的积雪数据同化方法,将...
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?丁勒泰地区的高程（空间分辨率为１ｋｍ）??阿勒泰地区地处欧亚大陆中心腹地，远离海洋，属于典型的北温带大陆性寒??
２００９），年降雪期（１１月中旬－次年３月中旬）可达１２０天，山区平均雪深为??６０?ｃｍ，局部地区可以达到１－２１１１（｝１１１＆１１￡乂．等，２０１１；卢新玉，２０１１；郭城等，２０１２）。??阿勒泰地区拥有丰富多样的植被覆盖类型，如图２－２所示，其中，牧区草地??面积大，分布地域广阔，草地生态系统结构过程复杂。由于北部阿尔泰山的隆起??和山地海拔高程的变化，草场植被呈现出与阿尔泰山走向类似的带状分布，各种??草地类似镶嵌或复合分布于不同的环境中，呈现出较强的地带性（刘兴元等，２００９）。??Ｎ??０?５０?丨?００?２００??４６。Ｎ＂?—?Ｉ?ｋｉｌｌ??８６。Ｅ?８７。Ｅ?８８。Ｅ?８９。Ｅ?９０。Ｅ?９１？?Ｅ??■?ＮｃｃｄＩｃＪｅａｖｃｄ?丨）ｃｃｉｄｕｏｕｓ?Ｆｏｒｅｓｔ?Ｅ］?Ｍｅａｄｏｗ?ａ?Ｂａｒｅ?Ｒｏｃｋｓ??□?Ａｌｐｉｎｅ?ａｎｄ?Ｓｕｂ＿ａｌｐｉｎｅ?Ｍｅａｄｏｗ?ｃｚｉＬａｋｅ?口?Ｇｒａｖｅｌｓ??■！?Ｐｌａｉｎ?Ｇｒａｓｓｌａｎｄ?■?Ｇｌａｃｉｅｒ?□?Ｆａｒｍｌａｎｄ??＾?Ｄｅｓｅｒｔ?Ｇｒａｓｓｌａｎｄ??图２－；２阿勒泰地区５个气象观测站点的位置以及空间分辨率为１?ｋｍ的地表覆被（数据来自??Ｅｕｒｏｐｅａｎ?Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ?Ｊｏｉｎｔ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｃｅｎｔｒｅ?提供的?２０００?年全球地表覆被数椐库，??ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ－ｇｅｍｊｒｃ．ｉｔ／ｇｌｃ２０００／）??研究区域内包括５个气象观测站点，其空间分布和植被覆盖类型如图２－２所??示。从图２－２可以看出
??子低估了广大地区的积雪覆盖率。图３－４也显示了?ＣｏＬＭ陆面模式的观测算子计??算得到的积雪覆盖率整体上小于实际ＭＯＤＩＳ积雪覆盖率的观测数据。??Ｕ?ａ?０?．？￥?０??。ｏ?１??０?（?Ｓ。°＜＾泰。。??；Ｊ?０．４?－８＾０??客?ｏ?／?ｏ??１?０．２?。。．?，??ｏ。?Ｉ?ＳＣＦ?＝?Ｓｎｏｗ?Ｄｅｐｔｈ／（０．１?＋?Ｓｎｏｗ?Ｄｅｐｔｈ）?？??ｃｆＰ?Ｌ?‘??０?－１?１?１?１???０?０．２?０．４?０．６?０．８??Ｓｎｏｗ?Ｄｅｐｔｈ?（ｍ）??图３－４?２００４年１月到２００８年１０月期间，５个站点的每日雪深观测数据与ＭＯＤＩＳ枳雪覆??盖率现测数据的散点图??３．４．２通用陆面模式模拟结果??图３－５ｃ和图３－６显示了?ＣｏＬＭ陆面模式ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ雪深模拟结果。从图中可??以看出，ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ模拟的雪深与站点雪深具有类似的时间变化趋势。但是，在积??雪融化早期，除了富蕴站外的其它４个站点ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ雪深的模拟整体上被低估??了（图３－５Ｃ和图３－６ａ－ｂ），远低于地面站点的雪深观测，偏差较大。这是因为，在??积雪累积过程中，ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ模拟的雪深的累积速度要比站点雪深的累积速度慢；??在积雪融化过程中，ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ模拟雪深的融化速度反而比站点雪深的融化速度??快。对于富蕴站点
【参考文献】：
期刊论文
[1]数值天气预报中集合-变分混合资料同化及其研究进展[J]. 马旭林,陆续,于月明,朱金焕,陈静. 热带气象学报. 2014(06)
[2]基于混合集合同化方案的台风“海鸥”的数值模拟研究[J]. 黄江平,刘健文,董佩明,张文军,黄红艳. 热带气象学报. 2014(06)
[3]粒子滤波算法在数据同化中的应用研究进展[J]. 毕海芸,马建文. 遥感技术与应用. 2014(05)
[4]阿勒泰地区冬季极端降雪事件变化特征分析[J]. 张林梅,张建,李建丽. 干旱区资源与环境. 2014(04)
[5]FY3B-MWRI中国区域雪深反演算法改进[J]. 蒋玲梅,王培,张立新,杨虎,杨俊涛. 中国科学:地球科学. 2014(03)
[6]2000-2010年新疆雪灾时空自相关分析[J]. 许剑辉,舒红,刘艳. 灾害学. 2014(01)
[7]集合变分法在大气边界层湍流粘性系数反演中的应用[J]. 张晓辉,韩月琪,王云峰. 气象科技. 2013(04)
[8]集合—变分数据同化方法的发展与应用[J]. 熊春晖,张立凤,关吉平,陶恒锐,苏佳佳. 地球科学进展. 2013(06)
[9]梯度计算的集合变分方案及其在大气Ekman层湍流系数反演中的应用[J]. 韩月琪,钟中,王云峰,杜华栋. 物理学报. 2013(04)
[10]基于AMSR-E的北疆地区积雪深度反演[J]. 卢新玉,王秀琴,崔彩霞,谢国辉. 冰川冻土. 2013(01)
博士论文
[1]流依赖的背景误差协方差在资料同化和雷达风场反演中的应用[D]. 邱晓滨.兰州大学 2011
[2]基于遥感与GIS技术的北疆牧区积雪监测研究[D]. 黄晓东.兰州大学 2009
[3]利用MODIS BRDF和反照率产品进行地表特性的研究[D]. 焦子锑.北京师范大学 2008
[4]四维变分同化关键技术研究与并行计算[D]. 朱小谦.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]基于多源数据的阿勒泰地区积雪深度研究[D]. 侯小刚.新疆师范大学 2013
[2]基于被动微波遥感的北疆地区积雪深度反演[D]. 卢新玉.新疆师范大学 2011
本文编号：3212680
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?丁勒泰地区的高程（空间分辨率为１ｋｍ）??阿勒泰地区地处欧亚大陆中心腹地，远离海洋，属于典型的北温带大陆性寒??
２００９），年降雪期（１１月中旬－次年３月中旬）可达１２０天，山区平均雪深为??６０?ｃｍ，局部地区可以达到１－２１１１（｝１１１＆１１￡乂．等，２０１１；卢新玉，２０１１；郭城等，２０１２）。??阿勒泰地区拥有丰富多样的植被覆盖类型，如图２－２所示，其中，牧区草地??面积大，分布地域广阔，草地生态系统结构过程复杂。由于北部阿尔泰山的隆起??和山地海拔高程的变化，草场植被呈现出与阿尔泰山走向类似的带状分布，各种??草地类似镶嵌或复合分布于不同的环境中，呈现出较强的地带性（刘兴元等，２００９）。??Ｎ??０?５０?丨?００?２００??４６。Ｎ＂?—?Ｉ?ｋｉｌｌ??８６。Ｅ?８７。Ｅ?８８。Ｅ?８９。Ｅ?９０。Ｅ?９１？?Ｅ??■?ＮｃｃｄＩｃＪｅａｖｃｄ?丨）ｃｃｉｄｕｏｕｓ?Ｆｏｒｅｓｔ?Ｅ］?Ｍｅａｄｏｗ?ａ?Ｂａｒｅ?Ｒｏｃｋｓ??□?Ａｌｐｉｎｅ?ａｎｄ?Ｓｕｂ＿ａｌｐｉｎｅ?Ｍｅａｄｏｗ?ｃｚｉＬａｋｅ?口?Ｇｒａｖｅｌｓ??■！?Ｐｌａｉｎ?Ｇｒａｓｓｌａｎｄ?■?Ｇｌａｃｉｅｒ?□?Ｆａｒｍｌａｎｄ??＾?Ｄｅｓｅｒｔ?Ｇｒａｓｓｌａｎｄ??图２－；２阿勒泰地区５个气象观测站点的位置以及空间分辨率为１?ｋｍ的地表覆被（数据来自??Ｅｕｒｏｐｅａｎ?Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ?Ｊｏｉｎｔ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｃｅｎｔｒｅ?提供的?２０００?年全球地表覆被数椐库，??ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ－ｇｅｍｊｒｃ．ｉｔ／ｇｌｃ２０００／）??研究区域内包括５个气象观测站点，其空间分布和植被覆盖类型如图２－２所??示。从图２－２可以看出
??子低估了广大地区的积雪覆盖率。图３－４也显示了?ＣｏＬＭ陆面模式的观测算子计??算得到的积雪覆盖率整体上小于实际ＭＯＤＩＳ积雪覆盖率的观测数据。??Ｕ?ａ?０?．？￥?０??。ｏ?１??０?（?Ｓ。°＜＾泰。。??；Ｊ?０．４?－８＾０??客?ｏ?／?ｏ??１?０．２?。。．?，??ｏ。?Ｉ?ＳＣＦ?＝?Ｓｎｏｗ?Ｄｅｐｔｈ／（０．１?＋?Ｓｎｏｗ?Ｄｅｐｔｈ）?？??ｃｆＰ?Ｌ?‘??０?－１?１?１?１???０?０．２?０．４?０．６?０．８??Ｓｎｏｗ?Ｄｅｐｔｈ?（ｍ）??图３－４?２００４年１月到２００８年１０月期间，５个站点的每日雪深观测数据与ＭＯＤＩＳ枳雪覆??盖率现测数据的散点图??３．４．２通用陆面模式模拟结果??图３－５ｃ和图３－６显示了?ＣｏＬＭ陆面模式ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ雪深模拟结果。从图中可??以看出，ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ模拟的雪深与站点雪深具有类似的时间变化趋势。但是，在积??雪融化早期，除了富蕴站外的其它４个站点ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ雪深的模拟整体上被低估??了（图３－５Ｃ和图３－６ａ－ｂ），远低于地面站点的雪深观测，偏差较大。这是因为，在??积雪累积过程中，ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ模拟的雪深的累积速度要比站点雪深的累积速度慢；??在积雪融化过程中，ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ模拟雪深的融化速度反而比站点雪深的融化速度??快。对于富蕴站点
【参考文献】：
期刊论文
[1]数值天气预报中集合-变分混合资料同化及其研究进展[J]. 马旭林,陆续,于月明,朱金焕,陈静. 热带气象学报. 2014(06)
[2]基于混合集合同化方案的台风“海鸥”的数值模拟研究[J]. 黄江平,刘健文,董佩明,张文军,黄红艳. 热带气象学报. 2014(06)
[3]粒子滤波算法在数据同化中的应用研究进展[J]. 毕海芸,马建文. 遥感技术与应用. 2014(05)
[4]阿勒泰地区冬季极端降雪事件变化特征分析[J]. 张林梅,张建,李建丽. 干旱区资源与环境. 2014(04)
[5]FY3B-MWRI中国区域雪深反演算法改进[J]. 蒋玲梅,王培,张立新,杨虎,杨俊涛. 中国科学:地球科学. 2014(03)
[6]2000-2010年新疆雪灾时空自相关分析[J]. 许剑辉,舒红,刘艳. 灾害学. 2014(01)
[7]集合变分法在大气边界层湍流粘性系数反演中的应用[J]. 张晓辉,韩月琪,王云峰. 气象科技. 2013(04)
[8]集合—变分数据同化方法的发展与应用[J]. 熊春晖,张立凤,关吉平,陶恒锐,苏佳佳. 地球科学进展. 2013(06)
[9]梯度计算的集合变分方案及其在大气Ekman层湍流系数反演中的应用[J]. 韩月琪,钟中,王云峰,杜华栋. 物理学报. 2013(04)
[10]基于AMSR-E的北疆地区积雪深度反演[J]. 卢新玉,王秀琴,崔彩霞,谢国辉. 冰川冻土. 2013(01)
博士论文
[1]流依赖的背景误差协方差在资料同化和雷达风场反演中的应用[D]. 邱晓滨.兰州大学 2011
[2]基于遥感与GIS技术的北疆牧区积雪监测研究[D]. 黄晓东.兰州大学 2009
[3]利用MODIS BRDF和反照率产品进行地表特性的研究[D]. 焦子锑.北京师范大学 2008
[4]四维变分同化关键技术研究与并行计算[D]. 朱小谦.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]基于多源数据的阿勒泰地区积雪深度研究[D]. 侯小刚.新疆师范大学 2013
[2]基于被动微波遥感的北疆地区积雪深度反演[D]. 卢新玉.新疆师范大学 2011
本文编号：3212680
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