綠洲系統(tǒng)能量水分循環(huán)特征的遙感與數(shù)值研究.pdf

1、本文全面總結(jié)了綠洲系統(tǒng)能量水分循環(huán)特征研究的意義、目的、研究方法、研究現(xiàn)狀以及面臨的主要困難，并著重分析了數(shù)值模擬和衛(wèi)星遙感方法目前存在的主要問題，指出，衛(wèi)星遙感替代單點(diǎn)測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)地表能量和地表參數(shù)的區(qū)域監(jiān)測(cè)，數(shù)值模擬方便易行，可以實(shí)現(xiàn)各參量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，二者均在氣候、生態(tài)、農(nóng)業(yè)、水文等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，在綠洲系統(tǒng)能量水分循環(huán)特征的研究中取得了重要成果，但依然存在許多亟待突破的地方。一方面，衛(wèi)星遙感反演模型中輸入的氣象要素常常是單點(diǎn)

2、觀測(cè)值，導(dǎo)致反演結(jié)果不準(zhǔn)確，同時(shí)，遙感反演得到的參數(shù)及參量很少與其他領(lǐng)域的研究相結(jié)合，造成大量數(shù)據(jù)浪費(fèi)；另一方面，數(shù)值模式對(duì)各種地表參數(shù)及參量均比較敏感，模式本身提供的參數(shù)及參量由于時(shí)間、地理位置、地形地貌等原因不能真實(shí)反映研究區(qū)域的實(shí)際情況，給模擬結(jié)果帶來一定誤差，而定量遙感恰好為此提供了可能。因此，本文的主要特色就是將衛(wèi)星遙感與數(shù)值模擬相互交叉，相互利用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，為研究綠洲系統(tǒng)能量水分循環(huán)特征提供一種新的嘗試。
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3、為獲取準(zhǔn)確的大氣參數(shù)及地表參數(shù)，本文首先使用觀測(cè)資料檢驗(yàn)MODIS產(chǎn)品的可信度，結(jié)果表明，整層大氣水汽含量產(chǎn)品存在一定程度的誤差，不適合本文研究區(qū)的應(yīng)用，考慮誤差產(chǎn)生的原因?qū)λ惴ㄟM(jìn)行簡(jiǎn)單修改，得到了本文研究區(qū)上空整層大氣水汽含量的分布特征，結(jié)合植被指數(shù)分析指出，綠洲上空整層大氣水汽含量的分布與地表植被分布有著密切的關(guān)系。另外，對(duì)地表溫度產(chǎn)品的檢驗(yàn)表明，日間地表溫度產(chǎn)品出現(xiàn)很多無效值，因此，為了更加準(zhǔn)確的描述地表溫度分布情況，本文對(duì)日間地

4、表溫度重新反演并驗(yàn)證，結(jié)果表明，反演比較成功。同時(shí)，本文還使用熱慣量法反演了研究區(qū)土壤濕度的區(qū)域分布，并根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)及前人的研究引申得到了深層土壤濕度的分布及其他特征參數(shù)如植被覆蓋度、地表反照率等。
　　 2)數(shù)值模擬用于研究綠洲系統(tǒng)能量水分循環(huán)特征雖然已有多年，但是在實(shí)際模擬中一直存在很多問題，比如模式的初始場(chǎng)，由于是NCEP再分析資料，很多數(shù)據(jù)是通過插值的辦法得到的，特別對(duì)比綠洲這樣的小尺度系統(tǒng)用來說，這種再分析資料很多時(shí)候

5、不能真實(shí)表征研究區(qū)的實(shí)際情況，遙感反演結(jié)果的應(yīng)用無疑會(huì)給這個(gè)問題的解決帶來新的思路。目前將遙感反演結(jié)果應(yīng)用到數(shù)值模式中均以同化技術(shù)為主，然而同化一方面計(jì)算比較復(fù)雜，另一方面，有研究證明，在天氣背景比較弱的情況下，同化技術(shù)并不適用，而本文要研究的典型個(gè)例恰好是在天氣背景比較弱的形勢(shì)下才能充分體現(xiàn)出來，因此，本文將遙感反演結(jié)果替代MM5中尺度數(shù)值模式的初始場(chǎng)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，土地利用/土地覆蓋、植被覆蓋度和土壤濕度的引入均在一定程度上改善

6、了模式的模擬結(jié)果，其中土壤濕度的影響最大，不僅從量級(jí)上改善了模式的模擬結(jié)果，使其更接近觀測(cè)，同時(shí)在分布特征上也有了很大提高，突破了以往模擬中由于各參數(shù)的限制很難模擬綠洲系統(tǒng)內(nèi)部特征的困難。對(duì)模擬結(jié)果深入分析我們證實(shí)了長(zhǎng)久以來的一個(gè)重要猜測(cè)：綠洲系統(tǒng)內(nèi)部戈壁荒漠破碎區(qū)的存在在一定程度上影響著綠洲的穩(wěn)定和發(fā)展。
　　 3)針對(duì)遙感計(jì)算基于像元的特點(diǎn)，雖然使用遙感獲取氣溫等氣象要素面上分布很困難，但是數(shù)值模擬卻可以輕松提供這些要素場(chǎng)的