基于冠层温度测算栓皮栎人工林空气动力学阻抗的研究

摘要

地表水热通量是研究地气之间物质和能量交换的重要方面，在全球气候变化、水资源、生态环境等研究领域有重要的实际意义。当前基于地表能量平衡的遥感估算模型在估算区域水热通量的应用中最为广泛。空气动力学阻抗是遥感模型的重要输入参数，因此准确地估算空气动力学阻抗对于区域水热通量的估算至关重要。
　　本文根据2011年5-8月栓皮栎人工林的气象梯度数据、冠层温度数据和涡动相关资料，分析了栓皮栎人工林的动力和热力特征；估算了影响显热通量计算的三个关键地表参数：动力学粗糙度Zm0、kB-1以及热量传输的空气动力学阻抗rah，并通过与涡动相关方法观测的空气动力学阻抗的对比，最终确定了适合试验区的参数化方案。本研究得到以下主要结论：
　　1.栓皮栎人工林常年平均风速较小，林冠层生长季的主导风向为偏东风。在生长季，栓皮栎人工林的气温随高度的增加而增大，而其它月份，平均气温随高度的变化不大，大气处于近中性层结状态。
　　2.晴天日9:00—17:00，栓皮栎人工林林冠边界层处于不稳定状态，Tc比空气温度(Ta)平均高3.55℃；阴天日Tc的变化较晴天条件下平缓；Tc与Ta、净辐射(Rn)、相对湿度、风速等冠层微气象要素的复相关达极显著水平，复相关系数为0.825；影响Tc的主要气象因子是Ta和Rn，二者对Tc的影响程度与天气状况有关。
　　3.栓皮栎人工林林冠上方各月中性状态出现的频率一般都低于10％，而不稳定状态和稳定状态出现的频率均在50%左右。昼间大气不稳定状态出现频率最高（>80%）；夜间以大气层结稳定为主；中性层结在一天中的出现频率较低。尺度参数法和理查逊数法的结果虽稍有差异，但趋势较为一致。
　　4.栓皮栎人工林的动力学粗糙度Zm0的数量级在0.01—0.1m之间。Zm0值在各个风向范围内Zm0的大小差异很大，变化范围在0.034~0.32之间。当样本数量很大时（620），m0z的值反而较小（0.034）。
　　5.在森林下垫面上，kB-1日变化明显，呈抛物线型，且与冠气温差的日变化趋势比较一致。kB-1的瞬时值不稳定。在试验区的下垫面，可以用kB-1中值0.68计算显热通量，估算误差较小。
　　6.在栓皮栎人工林下垫面条件下，空气动力学阻抗在白天9:00-18:00有较为明显的日变化，正午前后较大。经验和半经验模型的结果没有考虑到动量和热量传输机制的不同，因此结果都较差。基于MOST理论的Thom方法是适合试验区的空气动力学阻抗的最佳参数化模型。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

表目录

图目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究目标和主要研究内容

1.3 研究技术路线

第二章 试验区域与研究方法

2.1 试验区概况

2.2 研究方法

第三章 栓皮栎人工林的动力和热力特征

3.1 栓皮栎人工林风速的时空分布特征

3.2 栓皮栎人工林林冠的风向分布

3.3 栓皮栎人工林空气温度的时空分布特征

3.4 栓皮栎人工林林冠层热力效应分布特征

3.5 栓皮栎人工林林冠上大气稳定度特征

3.6 本章小结

第四章 栓皮栎人工林空气动力学阻抗的估算

4.1动力学粗糙度zm0的估算及特征分析

4.2 kB-1的参数化和特征分析

4.3 空气动力学阻抗rah的参数化及特征分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 特色与创新

5.3 存在问题和展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢