青藏高原不同下垫面蒸散发变化特征及其归因分析研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shilin00100
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
青藏高原约占中国陆地面积的四分之一,平均海拔在4000m以上,是世界上平均海拔最高,地形最复杂的高原,素有“世界屋脊”和“第三极”之称,也是气候系统中的水圈、生物圈、冰冻圈和大气圈等多个圈层相互作用最强烈的区域。由于受到人类活动影响较少,青藏高原也是研究地球多圈层相互作用的理想场所。而蒸散发是土壤和植被向大气输送水汽的一个过程,是全球能量平衡和水循环的重要组成部分。之前对青藏高原蒸散发的研究大多集中于高原整个区域或者说高原某一特定下垫面上气象因子对于蒸散发的影响,对于高原不同下垫面上气象因子与蒸散发的影响研究相对较少。本研究将主要集中分析青藏高原不同观测站点三种下垫面处(主要有中国科学院阿里荒漠环境综合观测研究站(阿里站)、中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站(珠峰站)、慕士塔格西风带环境综合观测研究站(慕士塔格站)、中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站(那曲站-BJ站)和中国科学院西北生态环境资源研究院阿柔冻融观测站(阿柔站),其中阿里站、珠峰站和慕士塔格站下垫面为碎石和稀疏短草,那曲站和阿柔站的下垫面分别为高寒草甸和高寒草原)的蒸散发量的变化情况,以及蒸散发量与气象因子的相关性,为研究青藏高原实际蒸散发量提供参考。
  本研究主要通过对比波文比能量平衡法、总体输送法和平均昼夜变化法与查表法结合这三种插补方法对湍流通量的插补结果,同时对比分析其各自的优缺点,最后选择平均昼夜变化法与查表法结合的插补方法插补缺测的湍流通量数据。而后,对青藏高原五个观测站点(三种下垫面)2013年由涡动相关仪观测到的湍流通量数据中缺失的数据进行插补,得到相对完整的2013年青藏高原各个观测站点的湍流通量数据,从而计算各个不同观测站点蒸散发量的变化,并结合相应观测站点的气象因子的变化情况分析青藏高原不同下垫面处的日蒸散量与气象因子之间的相关性。除此以外,分析青藏高原两处不同下垫面(那曲站和珠峰站)日蒸散量的长期变化趋势以及与气象因子之间的相关性。主要得到以下结论:
  (1)波文比能量平衡法、总体输送法和平均昼夜变化法与查表法相结合的这三种插补方法插补的湍流通量结果有所差异。波文比能量平衡法插补缺测的湍流通量数据需要的气象观测数据最多,其次是总体输送法,平均昼夜变化法与查表法相结合的插补方法需要取得气象观测数据最少。波文比能量平衡法和总体输送法适用于插补所需要的气象观测数据都存在,需要插补的湍流通量数据有大面积缺失。平均昼夜变化法与查表法相结合的插补方法在湍流通量和气象数据不存在较长时间内连续缺失时插补的结果较好。总体来看,平均昼夜变化法与查表法结合的插补方法插补的湍流通量数据的完整度和稳定度高于其它两种插补方法。
  (2)对青藏高原的阿里站、阿柔站、慕士塔格站、那曲站和珠峰站这五个观测站插补后的2013年日蒸散量在时间尺度上的变化进行分析,结果表明:总体来说,日蒸散量阿柔站>慕士塔格站>那曲站>珠峰站>阿里站,而2013年年蒸散发量阿柔站>那曲站>慕士塔格站>珠峰站>阿里站,且那曲站和慕士塔格站的年蒸散发量相差不大,珠峰站与阿里站的年蒸散发量相差不大。从下垫面上来看,年蒸散发量最大的为高寒草原下垫面,其次分别为高寒草甸和荒漠碎石下垫面。从季节上来看,阿柔站、慕士塔格站、珠峰站和阿里站四个不同观测站点的月蒸散发量在8月份较大,而那曲站的月蒸散发量在7月份较大,虽然不同观测站点的日蒸散发量变化范围不同,但日蒸散发量在0mm/d~0.5mm/d之内的较多。
  (3)青藏高原的阿里站、阿柔站、慕士塔格站、那曲站和珠峰站这五个观测站2013年日蒸散量与地温、气温、净辐射和土壤含水量的相关性较大。除此之外,地温、气温和净辐射的变化范围和变化趋势在五个不同观测站点上大致相同,土壤含水量在不同的观测站点有较大的差异,且阿柔站>阿里站>那曲站>慕士塔格站>珠峰站。而风速、饱和水气压差和地气温差在青藏高原不同的观测站点也有较大的差异。
  (4)对用平均昼夜变化法和查表法结合的插补方法插补后的珠峰站2008-2017年的日蒸散发量进行长时间序列的分析显示:珠峰站和那曲站的日蒸散量最大值分别约为5mm/d和7mm/d,月蒸散发量在8月份和7月份较大。除此之外,珠峰站和那曲站的日蒸散发量与气象因子在不同季节相关性有一定差异,整体来看日蒸散发量与地温和气温的相关性最大。
其他文献
地球系统模式是我们研究当前气候特征,了解过去演变历史,预测未来变化的最重要的综合性数值模拟工具。在许多国家都建立起了自己的地球系统模式以后,由大气物理所自主研发的中国科学院地球系统耦合模式(CAS-ESM)也于2015年9月发布了正式的版本—CAS-ESM1.0,其中尚有许多科学问题亟待进一步研究。  本论文详细介绍了CAS-ESM1.0中的大气化学与气溶胶模式(AACM)的改进版。除对AACM整
学位
南海夏季风是亚洲季风系统的重要成员,影响着世界上人口最为稠密的地区。本文使用观测资料、再分析资料及多个耦合模式的模拟及回报结果,对近百年南海夏季风变率强度变化特征及成因、物理机制以及南海夏季风的气候预测及其改进等进行研究,主要得到以下四个结论:  (1)近百年来,在太平洋年代际振荡(PDO)的调制下,南海夏季风的年际变率强度存在年代际变化。当PDO处于正(负)位相时,南海夏季风年际变率强度偏强(弱
京津冀地区受三面环山特殊地形、高强度污染源排放、区域输送以及快速化学转化的影响,近年来一直遭受严重的空气污染,居民交通出行和身体健康受到影响。研究一致认为区域输送在污染过程中起到重要作用,但区域输送对污染不同阶段的影响以及传输过程中气溶胶的演变情况尚不明确,因此深入研究PM2.5污染的形成、来源以及化学转化对于了解京津冀地区PM2.5污染形成机制具有重要意义。  本研究基于耦合了气溶胶微物理模块(
学位
热带气旋(TC)的水平直径在100-2000公里之间,具有大风速和强降水的特点,是影响中国的主要天气系统之一。一方面,TC对于其经过地区的社会生产和人民生活造成了巨大的影响,另一方面TC从海洋上带来充沛水汽,缓解途经地区的旱情和高温。利用全球模式对热带气旋进行模拟和预测是近期的研究热点之一。本论文将使用新一代气候系统模式CAS FGOALS-f2,在“天河二号”(Tianhe2)超级计算机上开展数
学位
土壤湿度和土壤温度是陆面过程中十分重要的两个状态量,对气候系统演变及气候变化都有着重要影响或反馈作用。土壤湿度、土壤温度对气候的影响不仅体现在对气候变量平均状态的影响,还会对气候变量的年际变率产生重要作用,引发超常态的极端天气、气候事件。在气候变化背景下,探究土壤湿度、土壤温度对气候变率与变化的影响具有十分重要的意义。本文主要采用全球耦合模式CCSM Version4.0(CCSM4)的模拟输出驱
学位
PM2.5(细颗粒物)作为霾污染天气的主要成分,能减低大气能见度、危害人体健康、影响生态系统、天气和气候。目前对中国区域PM2.5平均浓度的时空变化特征已有较为清楚的认识,但仍缺乏对PM2.5重污染事件的研究。不利天气条件是影响当前PM2.5重污染最主要的因素,总结PM2.5重污染期间的典型天气形势特征对PM2.5重污染短期预警有重要意义。气候变化背景下,探究影响PM2.5重污染天气年际变化的物理
学位
二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)是大气中最主要的两种温室气体,工业革命以来,人为活动导致的大气中温室气体浓度持续上升与全球气候变暖有很好的正相关,因此也成为近年来的科学研究热点和社会焦点问题。国际上已经有多颗配置有近红外超精细高光谱传感器,其目的是提高低层大气温室气体浓度的遥感精度。  利用近红外波段温室气体遥感的两个关键性问题是先验信息的准确性和大气散射(云和气溶胶)的订正。为分析CO2和气溶
学位
甲烷(CH4)是除CO2外最重要的大气温室气体,同时也是重要的活性气体,利用先进仪器对甲烷浓度进行精密的长期测量,获得长期变化的数据集,再基于可靠观测数据集研究甲烷浓度在源排放地区如华北地区的时空变化特征对于全球变化研究具有重要科学意义,对于温室气体卫星产品验证具有重要应用价值。在目前全球温室气体观测网络中,以Picarro气体采样分析以及地基FTIR遥感反演是获取高精度大气痕量气体浓度的主要探测
学位
青藏高原孕育了亚洲许多重要的大江大河,有“第三极”之称,拥有面积广阔的冰冻圈。青藏高原的湖泊约占全国湖泊总面积的50%,是该地区重要的地表水资源形态。在气候变化的背景下,青藏高原的冰冻圈和湖泊发生了剧烈的变化,主要表现为气温上升,冰川消融、积雪减少和冻土退化。与此同时,青藏高原的湖泊大部分处于扩张状态,湖泊水位上升,水储量增加。研究湖泊水储量变化及冰冻圈对其的影响,对青藏高原地区社会经济、生态系统
学位
尼泊尔地区地势复杂多样,有平原,小丘陵和山区地形。由于缺乏大量的地面观测站点,因此很难从低海拔到高海拔估算和验证尼泊尔大部分地区的蒸散量(ET)。在本研究中,我们使用了基于遥感的METRIC(计算高分辨率的ET数据且经过内部校正校准)模型来估计尼泊尔的ET。鉴于Landsat8数据有较好的空间分辨率(30m),可用于估算较为准确的ET。从METRIC模型计算获得的结果与当地架设的涡动相关系统(EC
学位