基于MODIS的青藏高原地表反照率时空变化研究

摘要

地表反照率是影响地-气相互作用和控制地表辐射能量收支的一个重要地表参数。本文利用2000～2016年MODIS地表反照率气候网格产品MCD43C3(Collection005)，分析了青藏高原地区地表反照率的时空分布及动态变化特征。然后，基于ECMWF/ERA-Interim再分析资料提供的气温、大气可降水量和MODIS积雪覆盖率与植被指数资料，讨论了近17年来引起青藏高原地表反照率变化的主要原因。最后，选取三种常见的高原季风指数，初步探究了青藏高原地表反照率变化与高原季风之间的联系。获得以下结论: (1)青藏高原多年平均地表反照率空间分布存在明显的地域差异，整体呈东南部低、西北部高的分布特征，受地形和地表覆盖影响较大。四季变化明显，冬季值最高，其次是春季和秋季，夏季值最低，高海拔山脉地区、高寒灌丛草甸地区是高原地表反照率年内变化较为剧烈的地区。地表反照率年内变化介于0.19～0.26，一定程度上表现为“双峰单谷”型，峰值位于冬末春初和秋季中期，谷值位于夏末，与地表覆盖类型的季节变化密切相关。 (2)青藏高原年均地表反照率年际变化整体呈缓慢波动且减小的趋势，平均变率约为-0.4×10-3/a，减小区域约占高原总面积的66％,川西藏东的西南部地区地表反照率减小的最快，减小速率超过1.0×10-2/a，果洛那曲和阿里地区地表反照率年际波动较大。就高原整体而言，四季地表反照率均呈减小趋势，冬季地表反照率减小最快，春秋季次之，夏季减小最慢。 (3)2000～2016年，青藏高原全年地表反照率异常偏高年为2008年，异常偏低年为2010年，高海拔地区始终是地表反照率异常变化的敏感区。 (4)近17年，青藏高原气候暖湿化是导致高原地表反照率减小的一个重要因素，尤其是春夏秋季。随着高原气候的暖湿化，高原地表反照率整体减小与高原冰川消融和季节性积雪减少密切相关。另外，高原植被覆盖整体改善是引起高原地表反照率减小的一个不可忽略的因素。 (5)青藏高原前期11月地表反照率大小对高原夏季风爆发具有一定的指示意义，前期11月份地表反照率偏低（高），将会导致高原夏季风爆发偏早（晚）。 (6)当前期11月高原地表反照率偏低（高）时，4月高原主体对大气的感热加热作用较强（弱），从而引起高原上空近地面层上升运动明显加强（减弱），有（不）利于热量向高空传输，导致对流层加热作用加强（减弱），高原对流层温度偏高（低），使得高原季风环流系统加强（减弱），最终导致高原季风季节变化相应提前（推迟）。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 地表反照率时空变化研究进展

1．2．2 高原季风研究进展

1．3 本文研究思路

1．4 本文技术路线

第二章 数据及方法

2．1 卫星遥感资料

2．1．1 MODIS地表反照率气候网格产品MCD43C3

2．1．2 MODIS植被指数气候网格产品MOD13C1

2．2 ECMWF／ERA-Interim再分析资料

2．3 研究方法

2．3．1 真实地表反照率计算

2．3．2 年际变化趋势分析

2．3．3 异常变化分析

2．3．4 相关性分析

2．3．5 合成分析

2．3．6 自然带划分

第三章 青藏高原地表反照率时空分布及动态变化

3．1 高原地表反照率多年平均特征

3．1．1 空间分布

3．1．2 年内变化

3．2 高原地表反照率年际变化特征

3．2．1 空间变化

3．2．2 时间变化

3．3 高原地表反照率异常变化特征

3．3．1 异常年份

3．3．2 空间分布

3．4 本章小结

第四章 青藏高原地表反照率变化的影响因子分析

4．1 气候因子对地表反照率的影响

4．1．1 气温对地表反照率的影响

4．1．2 大气可降水量对地表反照率的影响

4．2 地表覆被对地表反照率的影响

4．2．1 积雪覆盖率对地表反照率的影响

4．2．2 植被指数对地表反照率的影响

4．3 本章小结

第五章 青藏高原地表反照率变化与高原季风的联系

5．1 高原季风指数及环流特征

5．1．1 高原季风指数TPMI

5．1．2 高原季风指数DPMI

5．1．3 高原季风指数ZPMI

5．1．4 高原大气环流特征

5．2 高原地表反照率与高原季风的关系

5．3 可能的影响机制

5．3．1 地表感热通量差异

5．3．2 垂直运动差异

5．3．3 对流层温度差异

5．3．4 环流形势差异

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

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