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陆面下边界对区域气候模拟的影响(LAI为例)及区域气候模式(CWRF+CLM)陆面遥感参数预处理研究

陆其峰  
【摘要】:2001年1月,IPCC在上海的报告指出:过去50年观测到的大部分增暖现象归咎于人类活动,土地利用/覆盖变化是人类活动影响气候变化的途径之一。中国近二十年以来,土地利用/覆盖发生了明显变化,引起气候相应变化。数值模式成为认识天气以及气候变化的重要研究手段。陆面过程子模块是气候模式中反映地球表面物理与生物化学过程,确定地表与大气交界面物质能量交换规律的参数化方案。地面观测站点的有限性和陆面参数大时空变异性,制约了陆面物理过程刻画的准确性,遥感探测资料无疑为我们更准确描述地-气通量交换,改善区域气候模式模拟的性能提供了契机。资料同化为遥感数据合理运用到区域气候和陆面模式中搭建了桥梁,但遥感数据与数值模式、同化模式的时空分辨率、预报变量并不恰好吻合,因此,为其准备模拟性能优良的数值模式,并准备与数值模式时空相匹配、物理上合理的遥感数据就是首先要解决的问题。针对上述事实和问题,本文研究了1982-1999年中国LAI变化引起的气候响应;评价陆面参数年际间差异所引起的传播误差;建立实时卫星遥感监测气候模式陆面参数预处理系统,引进陆面参数年际变化。主要研究结论和成果如下: 1) 分析了1961-2000年中国降水、温度、日照时数、相对湿度、500hPa风场,揭示了本时段中国气候区气候跃变状况。相对而言,生态功能脆弱区、气候敏感区较易发生气候跃变,1984年左右及1993年左右比较明显。 2) 叶面积指数作为陆面过程水热计算的重要参数,其月际、年际变化直接或间接影响了与陆面有关的水热计算。陆面参数LAl年际间变化引起的传播误差在中国某些地区超过15%。因此将叶面积指数的年际变化引入到CLM3模式中。 3) 利用CLM在静态和动态的叶面积指数不同陆面属性参数条件下的模拟,在一定程度上揭示叶面积指数变化在1982-1999年的影响效力。两种情形下模拟的REOF的第一载荷并没有发生大的变化,仅第二、三载荷有较大差异,说明叶面积指数影响对于气候变化的高频部分有贡献。 4) 分别利用MODIS叶面积指数和CLM模式自带多年月平均叶面积指数,做2003年1月和2003年7月的模拟,分析两个模拟结果月平均散度场和温度场差值图,结果表明:CWRF对LAI的变化有响应,1月份响应相对较小,不超过700hPa,夏季响应达300hPa,温度场与散度场的差异仍然不小,这种作用可能与高原地形的非线性加强有关。 5) 基于AVHRR和MODIS遥感产品,建立实时MODIS监测二级陆面产品到气候模式陆面参数的预处理系统。生成了区域气候模式和陆面模式所需的陆表参数数据库,包括:LAI数据库、地表温度、地表发射率、地表覆盖变化、植被指数、双向反照率、雪深数据库和陆表水系特征数据库等。 总之,本文通过三个不同层面(评价水热平衡计算中与LAI有关变量、陆面模式CLM及区域气候模式CWRF因所用LAI不准确引起的差异)来检验叶面积指数不准确所产生的敏感影响,强调了陆面参数在陆面模式及区域气候模式中的作用,在此基础上,建立了由遥感数据到区域气候模式的遥感数据预处理系统,生成了区域气候模式所需的陆面参数数据库,为进一步资料同化和准确的区域气候模拟提供了数据基础。


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