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)星遙感替代單點測量，可以實現(xiàn)地表能量和地表參數(shù)的區(qū)域監(jiān)測，數(shù)值模擬方便易行，可以實現(xiàn)各參量的動態(tài)監(jiān)測，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

2、觀測值，導致反演結(jié)果不準確，同時，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；另一方面，數(shù)值模式對各種地表參數(shù)及參量均比較敏感，模式本身提供的參數(shù)及參量由于時間、地理位置、地形地貌等原因不能真實反映研究區(qū)域的實際情況，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，取長補短，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、為獲取準確的大氣參數(shù)及地表參數(shù)，本文首先使用觀測資料檢驗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行簡單修改，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，對地表溫度產(chǎn)品的檢驗表明，日間地表溫度產(chǎn)品出現(xiàn)很多無效值，因此，為了更加準確的描述地表溫度分布情況，本文對日間地

4、表溫度重新反演并驗證，結(jié)果表明，反演比較成功。同時，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，但是在實際模擬中一直存在很多問題，比如模式的初始場，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候

5、不能真實表征研究區(qū)的實際情況，遙感反演結(jié)果的應(yīng)用無疑會給這個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，然而同化一方面計算比較復雜，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例恰好是在天氣背景比較弱的形勢下才能充分體現(xiàn)出來，因此，本文將遙感反演結(jié)果替代MM5中尺度數(shù)值模式的初始場進行模擬，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，不僅從量級上改善了模式的模擬結(jié)果，使其更接近觀測，同時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。對模擬結(jié)果深入分析我們證實了長久以來的一個重要猜測：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)針對遙感計算基于像元的特點，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的