黑龙江流域积雪覆盖时空变化对地表辐射收支的影响研究

发布时间:2017-10-16 19:16

  本文关键词:黑龙江流域积雪覆盖时空变化对地表辐射收支的影响研究


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【摘要】:土地利用/覆盖变化驱动全球或区域尺度上的气候变化,已经成为全球环境变化和全球土地计划(GLP)的研究热点。考虑到不同时空尺度上全球变化的变异性与复杂性,从提出全球变化以来,人们越来越重视区域分异和时空变化对区域自然环境和社会经济可持续发展的影响,然而,区域尺度上LUCC通过生物地球物理过程影响气候系统的机理尚未明确。目前,低纬度和高纬度地区土地覆被变化的气候效应取得了重要进展,但中纬度地区土地覆被变化对气候的影响有待于进一步深入。随着全球变暖的不断加剧,北半球中纬度地区季节性土地覆被类型—积雪覆盖时空变异性最为明显,积雪覆盖的变化将直接影响下垫面的水热和辐射平衡,成为中纬度地区地表-气候反馈的关键组成部分。本文将积雪覆盖时空变化对辐射收支的影响为研究对象,选择黑龙江流域为典型研究区,首先构建了近50年来积雪覆盖数据库,对其进行趋势分析和周期分析发现黑龙江流域的积雪覆盖面积呈现先下降后增加的趋势,并存在5年、10年、20年和40年的周期性,在空间上变异性也极大,主要发生在降雪月份和融雪月份;第二,利用MODIS产品数据构建2000-2013年的地表反照率和比辐射率时空数据库,分析发现二者存在显著的年内和年际变化特征,其时空变化与土地覆被和积雪覆盖的变化有显著的相关性;在此基础上结合2010年土地覆被数据、地表参数数据库和积雪数据库统计了不同土地覆被类型在不同积雪条件下与地表参数的对应关系,建立了积雪覆盖变化与地表参数的映射数据库,完成历史时期像元尺度上地表参数空间数据库的重建;第四,搭建模型评估黑龙江流域1980~2000年和2000~2010年两个阶段积雪覆盖和土地覆被变化对气候系统的辐射强迫,结果显示不同的时间阶段二者的辐射强迫是不同的,积雪覆盖变化的辐射强迫的强度大于土地覆被变化对地表辐射的影响;最后采用WRF模式模拟积雪覆盖时空变化对地表辐射收支和热量平衡的影响,其中对WRF模式陆面方案的合理选择和地表数据的本地化提高了模拟的精度,对反映地表辐射和热量的各变量的时空分析表明不同于其他土地覆被类型,积雪覆盖对地表能量平衡的影响更为强烈,这也从另一种角度强调了并验证了积雪覆盖变化在整个地表-大气反馈系统中的重要作用。该研究对于全方位理解中纬度地区气候系统的重要能量反馈过程具有十分重要的意义。
【关键词】:积雪覆盖 辐射收支 WRF模式 气候变化 土地利用与土地覆被 遥感
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P461.6
【目录】:
  • 中文摘要9-11
  • Abstract11-13
  • 第一章 绪论13-27
  • 第一节 论文选题背景、目的与意义13-16
  • 一、选题背景13-15
  • 二、研究目的与意义15-16
  • 第二节 国内外研究进展16-24
  • 一、积雪数据研究现状与进展16-18
  • 二、LUCC气候效应研究18-21
  • 三、积雪覆盖变化对地表辐射平衡的影响研究21-23
  • 四、研究现状总结与展望23-24
  • 第三节 研究方案24-27
  • 一、研究内容与方法24-25
  • 二、论文的创新点总结25-26
  • 三、论文主要框架与技术路线26-27
  • 第二章 研究区概况与数据获取27-41
  • 第一节 研究区概况27-28
  • 第二节 数据收集与处理28-38
  • 一、土地覆被数据的收集与整理29-34
  • 二、积雪数据的收集与整理34-35
  • 三、MODIS地表数据35-36
  • 四、气象数据36-37
  • 五、再分析资料数据37-38
  • 六、地表静态数据38
  • 第三节 本章小结38-41
  • 第三章 黑龙江流域长时间序列雪盖时空变化分析41-61
  • 第一节 积雪数据集综述41-47
  • 一、理论基础与背景41-44
  • 二、雪产品分析44-47
  • 第二节 黑龙江流域积雪覆盖时空变化分析47-58
  • 一、积雪数据集选取及其精度评价47-48
  • 二、长时间序列积雪覆盖数据集成与分析48-55
  • 三、黑龙江流域积雪覆盖时空变化分析55-58
  • 第三节 本章小结58-61
  • 第四章 黑龙江流域地表反照率与比辐射率时空变化格局61-83
  • 第一节 地表物理参数的反演61-64
  • 一、地表反照率61-62
  • 二、地表比辐射率62-64
  • 第二节 2000-2013年黑龙江流域地表反照率时空变化格局64-74
  • 一、黑龙江流域月平均地表反照率空间格局64-66
  • 二、不同土地覆被类型的地表反照率年内变化66-71
  • 三、地表反照率的年际变化71-72
  • 四、地表反照率的年际变化与积雪覆盖变化的关系72-74
  • 第三节 2000-2013年黑龙江流域地表比辐射率时空变化格局74-81
  • 一、黑龙江流域月平均地表比辐射率空间格局74-76
  • 二、不同土地覆被类型的地表比辐射率年内变化76-78
  • 三、地表比辐射率的年际变化78-79
  • 四、地表比辐射率的年际变化与积雪覆盖变化的关系79-81
  • 第四节 本章小结81-83
  • 第五章 积雪覆盖变化的辐射强迫研究83-105
  • 第一节 辐射强迫的概念及计算83-87
  • 一、地表辐射收支与辐射强迫83-86
  • 二、辐射收支与辐射强迫的计算86-87
  • 第二节 过去30年研究区土地覆被变化87-91
  • 一、土地覆被变化87-90
  • 二、积雪覆盖变化90-91
  • 第三节 1980~2010年研究区月平均辐射量空间分布91-96
  • 一、黑龙江流域月平均下行短波辐射91
  • 二、黑龙江流域月平均下行长波辐射91-92
  • 三、黑龙江流域月平均地表温度92-96
  • 第四节 土地覆被变化对地表辐射收支的影响估算96-103
  • 一、土地覆被变化导致的辐射强迫96-98
  • 二、积雪变化导致的辐射强迫98-100
  • 三、综合分析100-103
  • 第五节 本章小结103-105
  • 第六章 基于WRF模式的积雪覆盖变化对区域地表热通量的影响研究105-127
  • 第一节 WRF模式模拟与方案设计105-109
  • 一、WRF模式简介105-106
  • 二、模拟方案设计106-109
  • 第二节 WRF模式本地化与结果验证109-116
  • 一、WRF模式本地化109-113
  • 二、方案设计113-114
  • 三、模拟结果验证与对比分析114-116
  • 第三节 积雪覆盖变化对地表热通量的影响116-125
  • 一、地表能量平衡WRF模拟117-119
  • 二、积雪覆盖变化对区域地表热通量的影响119-122
  • 三、典型土地覆被类型上积雪覆盖变化对地表辐射收支的影响122-125
  • 第四节 本章小结125-127
  • 第七章 结论与展望127-133
  • 第一节 主要结论127-131
  • 第二节 不足与展望131-133
  • 参考文献133-146
  • 发表文章目录146-147
  • 致谢147-148


本文编号:1044430

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