基于MODISLAI的陆面模式地表温度模拟研究

摘要

地表温度作为陆面过程的重要物理量之一,在地气相互作用过程中扮演着十分重要的角色。地表温度时间和空间分布的准确估计,对加强陆面生态物理过程以及陆气相互作用过程的理解至关重要。目前,无论地面观测,卫星遥感,还是陆面过程模拟,都很难单独获得时空连续且高精度的地表温度分布规律。
　　本文将遥感与陆面模式相结合,利用2006-2008年不同MODSI叶面积指数(LAI)数据,开展了遥感资料应用于陆面模式CLM进行地表温度模拟、地表参数LAI敏感性分析及不同MODIS LAI应用效果比较的研究。
　　主要结论如下:
　　(1)在分析不同MODIS LAI数据结构和CLM程序结构基础上,提出了将高时空分辨率的MODIS LAI融入CLM模式分析的技术,并进行了编程实现。其中涉及到坐标变换、重采样、权重计算、数据格式转换等步骤,并对不同MODIS LAI进行所有植被功能类型(PFT)的权重计算,得到与CLM相匹配的月平均叶面积指数。
　　(2)敏感性试验结果表明,随LAI增大,模拟地表温度呈减小趋势,同样LAI误差变化幅度范围内当LAI值较小时,模拟结果更接近参考值,LAI逐渐变大时,模式对它更加敏感。LAI对地表温度的影响在春夏季较大,秋冬季较小;冬季长江中下游区LAI对地表温度的影响大于东北区。东北区地表温度对LAI的敏感性随季节变化较长江中下游区更为明显,不同LAI误差下东北区模拟地表温度相对误差普遍大于长江中下游区。
　　(3)无论从站点尺度,还是区域尺度,均能体现两种MODIS LAI对模拟地表温度的改进效果,改进MODIS LAI模拟的结果精度较高。年平均站点尺度上,改进MODIS LAI模拟的地表温度与观测值的偏差、相对误差和均方根误差相比原模式模拟结果误差依次减小了9.7％、10.1％、2.2％:MODIS LAI模拟的结果误差依次减小了2.7％、3.9％、1.4％。
　　季平均站点尺度上,春季和冬季三种数据模拟结果误差普遍较大,秋季次之,夏季最小。相比较原模式模拟结果,两种MODIS LAI在春夏季的改进效果好于秋冬季,改进MODIS LAI在夏季改进效果较明显。月平均站点尺度上,改进MODIS LAI模拟的地表温度与观测值的偏差、相对误差和均方根误差相比原模式模拟结果误差依次减小了23％、21.7％、2.5％;MODIS LAI模拟的结果误差依次减小了9.8％、4.5％、1.9％。
　　区域尺度上,在东北、长江中下游、华北南和西南地区,均能较明显体现两种MODIS LAI对模拟地表温度的改进效果,以改进MODIS LAI模拟的结果精度较高。七个区域均是在冬季模拟结果偏差较大,春季次之,夏季和秋季偏差较小。

目录

中文摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 陆面模式研究进展

1.2.2 遥感在陆面过程中的应用

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第二章 模式和数据

2.1 通用陆面模式简介

2.1.1 初始化状态

2.1.2 地表资料

2.1.3 CLM模式计算流程

2.1.4 CLM模式中地表温度模拟

2.2 研究数据

2.2.1 大气强迫数据

2.2.2 地表参数

2.2.3 观测数据

第三章 不同MODIS LAI数据及处理

3.1 不同MODIS LAI数据

3.1.1 MODIS LAI数据

3.1.2 改进的MODIS LAI数据

3.2 MODIS LAI数据应用于陆面模式模拟技术

3.3 本章小结

第四章 CLM模式的LAI参数敏感性分析

4.1 月尺度LAI敏感性实验分析

4.2 季尺度LAI敏感性实验分析

4.3 本章小结

第五章 基于MODIS LAI数据的地表温度模拟

5.1 站点尺度地表温度模拟结果比较

5.1.1 年平均地表温度模拟结果比较

5.1.2 季平均地表温度模拟结果比较

5.1.3 月平均地表温度模拟结果比较

5.1.4 地表温度模拟结果日变化比较

5.2 区域尺度地表温度模拟结果比较

5.2.1 月平均模拟结果比较

5.2.2 季平均模拟结果比较

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 主要创新点

6.3 存在问题与不足

6.4 展望

参考文献

致谢