中国区域土壤湿度特征分析及评估
中国区域土壤湿度特征分析及评估
【摘要】：土壤湿度是十分重要的气候与环境变量,它可以通过影响陆地表面与大气之间的水分与能量平衡来影响气候和水文过程。准确分析土壤湿度的时空动态变化规律及其对天气与气候的影响机理,对气候、水文、与农业等相关研究都具有重要意义。本论文的研究目标是揭示中国区域土壤湿度时空变化特征,并对国际上常用的土壤湿度资料进行评估。围绕上述科学目标,本论文分析了中国区域基于778个观测站点土壤湿度资料的时空变化特征及其与气候的关系,在此基础上对比了其分析结果与ERA-Interim、NCEP/NCAR R-1、NCEP/DOE R-2土壤湿度资料集、微波遥感资料(AMSR-E)反演、由可变下渗能力模型VIC模拟的土壤湿度资料集的差异。论文所取得的主要成果总结如下:(1)基于观测资料的中国区域土壤湿度时空变化特征(1992-2008年)。在气候分布上,呈内蒙和华北干(均值0.14),由内蒙向东北(均值0.22)和东南(均值0.32)梯度增加的地理分布;在季节循环上,所选东北、西北、华北、中南四个区一致的表现为冬季湿度最高,夏季次之,春秋偏低的特点;土壤湿度EOF分解的正异常主要分布在江淮流域和西北地区,负异常在东北地区,两者在时间序列上呈相反变化趋势;M-K检验表明,东北、华北存在着明显的土壤干化,西北2006年后土壤湿度略有升高,中南地区在1993-1997年土壤湿度偏干,1997年后升高,逐渐保持平稳状态没有干化趋势。(2)土壤湿度与降水气温的关系分析。利用土壤湿度、降水和气温的实测资料在四个区域进行了趋势检验和时滞相关分析。结果表明:土壤中各厚度层土壤湿度和降水呈正相关关系,与气温呈反相关关系;表层同期相关值最大,且可通过99%的置信度检验;中层对降雨响应的滞后性,且前期降雨对土壤湿度的影响时间要大于后期土壤湿度对降雨的影响。(3)三套再分析资料与VIC模式土壤湿度的评估。四套资料基本都揭示了土壤湿度的空间分布,空间相关均超过95%的信度检验;ERA-In和R-1较好的揭示了土壤湿度的年际变化特征;在季节循环上,VIC与观测共性最多,ERA-In、R-1在东北地区表现良好,但南方地区较差,R-2对表层的土壤湿度的季节循环描述很差,但对中层描述准确,刻画了春末的低值和夏季、冬季为高值的特征;在土壤湿度值上,ERA-In和R-2与观测最接近,R-1明显偏高,误差可达40%。(4)微波遥感资料(AMSR-E)反演表层土壤湿度的评估与修正。AMSR-E反演资料对干旱地区描述较好,但湿润地区土壤湿度值较小,为实际观测的50%,时空变率较小;运用累计分布函数匹配技术(CDF)和通用陆面模式(CLM)对反演结果进行了修正和比较,修正后的CDF结果改善了反演资料的空间变率,揭示了中国区域土壤湿度的空间变化特征;东北地区改善最为显著,相关系数达0.63,好于三套再分析资料。
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
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