陆面过程中的湖泊和湿地模型及四维资料同化的应用

摘要

陆面过程对天气和气候变化有着重要的影响，目前湖泊和湿地对局部气候以及全球气候的影响已经越来越多的被人们所关注。在已有的包含水汽贡献的湖泊水热平衡方程的基础上，发展了考虑对流混合机制的湖泊和湿地模型，并用以色列北部的Kinneret湖和美国Montana州的St．Mary湖的观测值验证了模型。用该模型计算了深湖、浅湖和不同水体深度湿地的潜热通量和感热通量，并对它们进行了对比与分析，得出水体深度越浅，蒸发越大的结论。采用四维资料同化方法中的最优插值法对湖泊的初始温度场进行同化，使得模型的模拟值与观测值更加吻合。本论文的主要研究工作如下： 1．在前人工作的基础上，采用焓作为变量发展了一个新的湖泊-大气水热传输模型，在模型中强调了对流混合机制的重要性，并采用一种对流混合方法进行计算，用隐式差分格式迭代进行数值计算，与以色列北部的Kinneret湖的观测值进行了验证。分析了各物理参数对湖面感热和潜热通量，湖体温度分布及湖-气水热平衡的影响。 2．计算了考虑了雪、雨冰、水冰、液态水数态共存时的复杂情形，并与美国Montana州的Lower Two Medicine lake冬季结冰时的实测数据进行了对比，得到了很好的符合，考验了本方法在考虑雪、雨冰、水冰、液态水数态共存时的复杂情形计算能力。 3. 建立了一个考虑水体和水底土壤层的湿地模型，强调了对流混合机制在湿地计算中起着极为重要的作用。分析了不同水体深度对湿地蒸发量影响，同时，还考虑到了水体和土壤层中冰的再生与消融等。因此本湿地模型实际上是一个可用于各种环境下，考虑了冻融过程的湿地与大气之间水热传输耦合的模型。 4．四维资料同化方法中的最优插值法对湖泊的初始温度场进行同化，使得模型的模拟值与观测值更加吻合。提高了模型预报的精度。 最后，对未来的湿地模型研究进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

§1.1研究背景及意义

§1.2目前研究进展

§1.3本文的主要研究内容

第二章湖泊—大气水热平衡

§2.1概述

§2.2基本控制方程

§2.3边界条件

§2.4参数解释

§2.5数值模拟

§2.6模型验证和参数敏感性研究

§2.7降水、降雪和结冰、化冰的处理

§2.8本章小结

第三章湿地模型

§3.1概述

§3.2基本控制方程

§3.3模式数值算法

§3.4结果与讨论

§3.5本章小结

第四章四维同化技术

§4.1概述

§4.2数值模式和四维同化技术的必要性

§4.3四维同化主要方法

§4.4四维同化方法在湖泊初始场修正中的应用

§4.5结果比较

§4.6本章小结

第五章结论与展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢