论文部分内容阅读
地表反照率表征地表向大气反射太阳辐射的能力,是陆面过程的一个关键参数。利用黄河源区玛曲和玛多两个典型高寒草地站点长达8年的地面辐射观测数据,对GLASS(Global Land Surface Satellite)、MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)、GlobAlbedo地表反照率遥感产品和国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中24个全球气候模式模拟的地表反照率进行了验证与评估,并分析产生差异的主要原因;最后,改进Noah-MP模式中的积雪反照率参数化方案。结论如下:
(1)GLASS、MODIS和GlobAlbedo遥感产品在玛曲和玛多地区精度各有不同。玛曲地表反照率的年际变化较小,集中在0.16～0.28。GlobAlbedo反照率平均比地面观测偏高0.048;而GLASS和MODIS反照率分别偏低0.074和0.063。统计分析表明,MODIS产品精度相对最高,其中RMSE=0.069,R=0.710。受积雪影响,玛多地表反照率年际变化较大。遥感产品中,GLASS产品精度相对较高,其中RMSE=0.104,R=0.598。玛曲站地表反照率为:冬季＞春季＞秋季＞夏季,平均值依次为0.25、0.22、0.19和0.18。玛多站地表反照率季节变化较玛曲站更显著,呈现近似“U”形分布。夏季反照率最小,平均值为0.18,秋季为0.22,与春季较为接近,冬季平均值最大为0.33。基于两个站点的对比发现,三种地表反照率遥感产品在春夏季与地面观测一致性较好,反照率秋季开始增大的时间比观测早,冬季后期遥感的反照率值明显小于地面观测。另外,GLASS和MODIS产品的差异也在秋冬季最为突出。MODIS产品分离雪和云的能力使其在秋冬季的表现更好。GLASS和MODIS都不能准确反映特殊天气条件下地表反照率的变化。
(2)CMIP5中24个全球模式模拟的地表反照率差异很大。集合平均后,24个模式的结果能较好的反映玛曲和玛多站地表反照率的变化趋势。多模式集合、bcc-csm1-1、bcc-csm1-1-m、CanESM2、CCSM4、CMCC-CM、CMCC-CMS、FGOALS-g2、GFDL-ESM2G、IPSL-CM5A-MR、MIROC4h、MIROC5和MPI-ESM-MR与玛曲地面观测的RMSE和偏差相对较小。在玛多站,多模式集合、bcc-csm1-1、FGOALS-g2、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR、MIROC5、MPI-ESM-MR和MRI-CGCM3与观测值的一致性较好。多模式集合能基本捕捉到玛曲和玛多反照率11～3月大、6～9月小的整体变化趋势,在7月份,模拟值与地面观测值极其接近。24个CMIP5模式积雪反照率参数化方案的不同造成了模式之间在冬春季差异较大,这些方案主要包括基于经验性的CoLM、CLASS2.7、ECHAM5、ISBA、Mk3.6、LM3、ORCHIDEE和基于经验和理论推演的混合型的CLM3.0、CLM4.0、JULES、MATSIRO、JSBACH、HAL参数化方案两大类。对这些方案的评估表明,陆面模式模拟效果的好坏与积雪反照率的影响因子有关。
(3)Noah-MP模式模拟的反照率显著大于观测值,尤其是在冬春季。采用了湿球温度、相对湿度和地形高度确定降水类型的新型雨雪分离方案后,能更准确地模拟出玛曲典型的高地表反照率(2016年1月10～13日)。调整积雪覆盖度方案中的新雪密度可以极大改善积雪反照率的模拟,调整后的方案能够模拟出积雪反照率的日变化,并且对较小的积雪或融雪过程也能较好的刻画。表明对模式中物理意义明确的雪密度的准确表达对积雪反照率模拟结果的改善至关重要。然而,在BATS积雪反照率参数化方案中,调整积雪随时间衰减系数对模拟结果的影响相对较小。雨雪分离、积雪覆盖度和积雪反照率参数化方案的叠加极大提高了积雪反照率的模拟,其模拟效果远大于任何单一方案的改进。
(1)GLASS、MODIS和GlobAlbedo遥感产品在玛曲和玛多地区精度各有不同。玛曲地表反照率的年际变化较小,集中在0.16～0.28。GlobAlbedo反照率平均比地面观测偏高0.048;而GLASS和MODIS反照率分别偏低0.074和0.063。统计分析表明,MODIS产品精度相对最高,其中RMSE=0.069,R=0.710。受积雪影响,玛多地表反照率年际变化较大。遥感产品中,GLASS产品精度相对较高,其中RMSE=0.104,R=0.598。玛曲站地表反照率为:冬季＞春季＞秋季＞夏季,平均值依次为0.25、0.22、0.19和0.18。玛多站地表反照率季节变化较玛曲站更显著,呈现近似“U”形分布。夏季反照率最小,平均值为0.18,秋季为0.22,与春季较为接近,冬季平均值最大为0.33。基于两个站点的对比发现,三种地表反照率遥感产品在春夏季与地面观测一致性较好,反照率秋季开始增大的时间比观测早,冬季后期遥感的反照率值明显小于地面观测。另外,GLASS和MODIS产品的差异也在秋冬季最为突出。MODIS产品分离雪和云的能力使其在秋冬季的表现更好。GLASS和MODIS都不能准确反映特殊天气条件下地表反照率的变化。
(2)CMIP5中24个全球模式模拟的地表反照率差异很大。集合平均后,24个模式的结果能较好的反映玛曲和玛多站地表反照率的变化趋势。多模式集合、bcc-csm1-1、bcc-csm1-1-m、CanESM2、CCSM4、CMCC-CM、CMCC-CMS、FGOALS-g2、GFDL-ESM2G、IPSL-CM5A-MR、MIROC4h、MIROC5和MPI-ESM-MR与玛曲地面观测的RMSE和偏差相对较小。在玛多站,多模式集合、bcc-csm1-1、FGOALS-g2、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR、MIROC5、MPI-ESM-MR和MRI-CGCM3与观测值的一致性较好。多模式集合能基本捕捉到玛曲和玛多反照率11～3月大、6～9月小的整体变化趋势,在7月份,模拟值与地面观测值极其接近。24个CMIP5模式积雪反照率参数化方案的不同造成了模式之间在冬春季差异较大,这些方案主要包括基于经验性的CoLM、CLASS2.7、ECHAM5、ISBA、Mk3.6、LM3、ORCHIDEE和基于经验和理论推演的混合型的CLM3.0、CLM4.0、JULES、MATSIRO、JSBACH、HAL参数化方案两大类。对这些方案的评估表明,陆面模式模拟效果的好坏与积雪反照率的影响因子有关。
(3)Noah-MP模式模拟的反照率显著大于观测值,尤其是在冬春季。采用了湿球温度、相对湿度和地形高度确定降水类型的新型雨雪分离方案后,能更准确地模拟出玛曲典型的高地表反照率(2016年1月10～13日)。调整积雪覆盖度方案中的新雪密度可以极大改善积雪反照率的模拟,调整后的方案能够模拟出积雪反照率的日变化,并且对较小的积雪或融雪过程也能较好的刻画。表明对模式中物理意义明确的雪密度的准确表达对积雪反照率模拟结果的改善至关重要。然而,在BATS积雪反照率参数化方案中,调整积雪随时间衰减系数对模拟结果的影响相对较小。雨雪分离、积雪覆盖度和积雪反照率参数化方案的叠加极大提高了积雪反照率的模拟,其模拟效果远大于任何单一方案的改进。