青海省太阳辐射强度时空变化特征分析

利用西宁、刚察、格尔木、玉树和玛沁5站的1971-2014年逐日总辐射资料和青海省50个气象台站的温度、降水和日照时数等气象资料,分析了太阳辐射量与气象要素的内在关系,建立了无辐射观测资料地区的太阳辐射推算方法,并根据推算出的各气象站点太阳辐射量,分析了青海省全境太阳辐射量变化规律及分布特征。研究结果表明：青海省年太阳总辐射量在5 668~7 091 MJ·m^-2之间,由西北向东南逐渐递减,全省年太阳总辐射量超过6 000 MJ·m^-2的有42个站点,占全省总站点的84%。太阳总辐射量在春、夏季自东南向西北部逐渐增加,在秋季自西北向东南部逐渐减小,冬季全省各地差异较小。青海省4-8月的太阳辐射量最强,旬太阳辐射量主要集中在3月上旬-10月上旬,周太阳辐射量主要集中在第12周-第43周。青海省太阳日辐射变化趋势均呈抛物线型,早晨和傍晚辐射值较低,日出后开始呈上升趋势,北京时间13：00左右达到最高值后开始下降。日辐射持续时间从3月开始增加,9月开始减少。     

WRF模式制备的气象驱动数据在新疆喀依尔特斯河流域的验证

随着寒区水文模拟研究的深入,空间分布式模型的快速发展,迫切需求高分辨率的气象驱动数据.研究基于WRF模式动力降尺度和Micromet统计降尺度方法,制备了阿尔泰山额尔齐斯河源区喀依尔特斯河流域春季1 km分辨率气象驱动数据,并利用地面观测资料从小时尺度上对其进行了验证,为该流域春季分布式融雪径流模型做充分准备.结果表明:小时尺度上2 m气温、2 m相对湿度、10 m风速、地表接收的短波辐射和长波辐射的平均绝对误差MBE分别为0.43℃、-2.9%、3.7 m·s~(-1)、28.2 W·m~(-2)和-36.2 W·m~(-2),其平均均方根误差RMSE分别为3.81℃、18.2%、4.8 m·s~(-1)、163.5W·m~(-2)和52 W·m~(-2),与实测对比拟合的R~2分别为0.84、0.32、0.03、0.7和0.3.在小时尺度上,2 m温度和地表接收短波辐射的模拟结果比较理想,可以用于高时间分辨率水文模拟.     

草原生长期地表辐射和能量通量月平均日变化特征

利用2008年5—9月锡林浩特国家气候观象台辐射和通量观测资料,分析了锡林浩特典型草原生长期各辐射分能量和同期能量通量的月平均日变化以及地表能量闭合度.结果表明:草原生长期总辐射月平均日最大值出现在7月,平均日最大辐射强度达到753.14W·m-2,最小值出现在5月,为697.27W·m-2.受地表反照率和太阳总辐射的影响,生长期反射辐射最大值出现在5月份,平均日积分值为4.92MJ·m-2;9月份最小,平均日积分值为3.76MJ·m-2.生长期获得的辐射能量为1385.67MJ·m-2,平均净辐射(Rn)强度为104.52W·m-2;感热通量(H)共支出640.39MJ·m-2,日平均强度为53.40W·m-2;潜热通量(LH)共支出772.96M·m-2,日平均强度为55.10W·m-2.Rn和H+HL+G线性回归的结果显示,草原生长期日平均能量闭合率为90%,能量不闭合程度为10%.     

中国遥感卫星辐射校正场热红外通道在轨场地辐射定标方法精度评估

基于中国遥感卫星辐射校正场对在轨运行的遥感卫星热红外通道进行在轨绝对辐射定标,利用TERRA/AQUA MODIS卫星观测数据,对中国遥感卫星辐射校正场热红外通道在轨场地辐射定标方法进行精度评估与分析。将MODIS观测的入瞳亮温与外场实测数据通过辐射传输模式模拟到卫星入瞳的亮温进行比较,结果表明对热红外窗区通道的定标精度优于1.0 K(@300 K)。目前应用于我国在轨风云气象卫星热红外通道的中国遥感卫星辐射校正场绝对辐射定标方法本身具有很好的定标精度:对10.5~11.5μm通道,误差在0.747 K以内;对11.5~12.5μm通道,误差在0.851 K以内。     

SWAT模型中天气发生器与数据库构建及其验证

提出了通过日照时数和太阳辐射量的相关关系来估算逐日辐射量的方法。采用日平均温度和日平均湿度来计算日露点温度，以建立SWAT模型天气发生器。采用插值方法对土壤粒径进行转换，并利用SPAW程序估算土壤水特性参数，建立了SWAT模型土壤属性库。将构建的SWAT模型应用于潮河上游下会水文站以上流域的水文过程模拟，月效率系数≥0．91，确定性系数≥0．93，取得了非常好的模拟效果。结果表明在缺乏详细的气象和土壤数据情况下，可以构建SWAT模型进行水文模拟研究。     

祁连山区MODIS积雪反照率产品的精度验证及云下积雪反照率估算研究

积雪反照率在全球气候和能量收支平衡模型中起着重要的作用. 利用祁连山地区大冬树垭口站点反照率实测数据对由TM/ETM+得到的反照率数据进行标定, 然后将TM/ETM+反照率数据通过升尺度对MODIS逐日积雪反照率(SAD)产品在晴空条件下的精度进行了验证. 同时, 发展了一个基于MODIS SAD与AMSR-E SWE数据融合并结合Noah积雪反照率参数化方案估算MODIS SAD数据云下积雪反照率的算法, 通过统计分析纠正了云对积雪反照率的影响, 对云下积雪反照率进行了验证分析. 结果表明:MODIS SAD产品在祁连山地区的精度要低于大面积积雪覆盖的平坦地区(如格陵兰岛), 其平均绝对误差及均方根误差分别为0.0548和0.0727; 云下积雪反照率估算方法可以有效地获取云覆盖下积雪像元的反照率值, 纠正后的无云MODIS SAD数据与地面观测值有较好的一致性, 其平均绝对误差为0.078.     

基于MODTRAN的ASTER通道星上光谱模拟

由于轨传感器位置影响, 传感器接收的能量不完全来自地物的反射, 地面与传感器间大气辐射能量的作用同样不可忽略.通过中分辨率大气辐射传输模型(moderate resolution atmosphere transmittance and radiance code, MODTRAN)将辐射传输过程与传感器光谱响应函数进行耦合运算, 基于二长花岗岩、正长岩、石英正长岩及石英闪长岩的地面实测光谱数据及测量时大气和几何条件, 完成了4种岩性先进星载热发射和反射辐射仪(advanced spaceborne theemal emission and reflection radiometer, ASTER)通道星上光谱的模拟, 建立了实测光谱数据与星上光谱数据间的联系, 证明将地面与传感器间大气辐射影响耦合到传感器接收地面反射能量过程中的必要性, 从而为多光谱影像的形成和应用提供了支持.      

黄土高原砂壤土冻融过程的观测和模拟

针对黄土高原冬季陆面过程,使用兰州皋兰地区冬季观测资料和水热耦合模式(SHAW),进行了观测资料和数值模拟分析.结果表明:冬季,黄土高原地区入射的太阳辐射较小,降水稀少,空气干燥,12月、 1月及2月的月平均气温均低于0℃,净辐射很小,积/融雪期间,净辐射出现了负值.地表能量分配中感热潜热都很小,但感热相对潜热占主要地位,在无降水时期日平均潜热通量几乎都在10W·m-2以下.水热耦合模式对地表能量中短波净辐射和长波净辐射模拟较好,感热通量和潜热通量的模拟存在一定的偏差.模式对浅层30cm和40cm土壤温度及土壤湿度模拟较为成功,模拟值对观测值的相关性较高,相关系数均达到0.87以上.土壤温度模拟偏高,土壤湿度的模拟稍偏低.     

基于神经网络的沉陷区水深遥感研究

为获取煤矿积水沉陷区遥感影像数据与沉陷区水深的定量关系,建立了BP神经网络水深反演模型,并对淮南潘一矿积水沉陷区水深进行了反演。首先对Landsat卫星影像数据(TM影像)进行几何校正、大气校正和沉陷区范围提取等,然后输出像元反射率值,并与水深实测控制点坐标匹配,使水深值与反射率值对应。实验结果表明:以水深值2 m为阈值,水深值小于2 m的区域,模型反演水深值与实测水深值的平均绝对误差为0.166 3 m,平均相对误差为13.29%;水深值为2~6 m的区域,模型反演水深值与实测水深值平均绝对误差为0.578 6 m,平均相对误差为15.20%。      

海河流域ET0演变规律及灵敏度分析

根据国家气象站1956-2000年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式和灵敏指数法,分析了海河流域潜在蒸发蒸腾(ET₀)的演变规律及与气象要素的灵敏关系。结果表明:全流域45年ET₀呈下降趋势,但年际间呈现4个阶段;逐旬呈倒"V"字型,61.6%集中于4月中旬到8月上旬。在空间上,年和旬值呈现上游小下游大。通过ET₀与气象要素演变的比较及灵敏性分析发现,全流域年ET₀演变与年均风速、日照时数以及短波辐射相似,与温度相反。旬ET₀演变与旬平均温度、实际水汽压、日照时数以及短波辐射相似,但对各要素的灵敏系数以短波辐射最大,其它要素则随时空变化,且彼此的灵敏系数相差较大。分析表明在气象要素的综合作用下,造成全流域ET₀降低的主要原因可能在于短波辐射、日照时数的变化。     

青藏高原土壤水热过程模拟研究(Ⅲ):蒸发量、短波辐射与净辐射通量

模拟青藏高原土壤水分和热量迁移过程的连续变化对于全球变化研究具有非常重要的意义,其准确模拟是提高陆面过程模拟精度的重要条件.利用大尺度水文模型中对冻土中水分和能量平衡过程的描述,对沱沱河站点土壤湿度进行了步长为1 h,总时间为399 d的连续模拟.与观测资料及前人研究成果的比较表明,VIC-3L模型中对草甸的蒸发量计算较为合理,与乌鲁木齐河流域实测的草甸蒸发量取得了相当的一致;在冬季,模拟的短波辐射与观测的较为接近,在夏季,模拟值较观测值偏小;模拟计算获得的年辐射平衡值与前人的研究成果相近.     

青藏高原净生态系统碳交换量的遥感评估模型研究

青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型(包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸)的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差(RMSE)为0.03mol C/m~2/d,模型效率(EF)为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03mol C/m~2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。     

风场变形误差对北京降水记录及变化趋势的影响

风场变形误差是降水观测误差最主要的来源之一,其不仅影响观测值的准确性,也可能导致长期降水变化趋势中隐含虚假成分。结合北京地区20个气象站点1976-2015年逐日观测资料及前人研究成果,评估了风场变形误差对降水记录及其长期变化趋势的影响,结果表明:①近40年来北京地区平均降水捕获率为90%~95%,上升趋势较明显,但空间分布不均匀。城市化进程导致的风速减小是近10年来北京城、乡降水捕获率差异加大的主要原因。②北京地区风场变形误差存在明显的年际及季节差异。近40年来年均降水量订正值为23.1 mm,观测值较实际降水量年均低估了4.0%。订正后年均降水强度从实测的7.9 mm/d增加到8.3 mm/d,年降水量的下降速率从34.4 mm/10 a变为37.0 mm/10 a,观测值将降水强度低估了约4.8%,且将降水量的下降趋势低估了约7.0%。③对于强度越大的降水过程,风场变形引起的观测误差也越明显。对比发现,城市站点的风场变形误差年际振幅要大于乡村站点,弱降水过程中乡村站点的低估比城市站点明显,对大雨及以上强降水过程则相反,城市站点的低估比乡村站更显著。     

基于SWAT模型的资水流域径流模拟

以资水流域柘溪水库以下区域为研究对象,基于构建的分布式水文模型SWAT对水文过程进行模拟。在地面高程、土地利用、土壤、气象等数据预处理的基础上,采用2010~2011年实测径流数据进行参数率定,采用2012年实测径流数据进行模型验证,对模型在研究区的适用性进行研究。通过对径流模拟值和实测值的比较,月径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.93以上和0.91以上,日径流率定期和验证期的相关系数R~2和Nash系数Ens分别在0.78以上和0.70以上。基于这两个评价标准可知SWAT模型在资水游流域有良好的适用性,可为流域内拟建桃花江核电厂的取水安全分析和水环境影响评价提供技术支持。     

气候变化情景下渭河流域潜在蒸散量时空变化特征

根据渭河流域20个气象站1959～ 2008年逐日气象资料,以FAO Penman-Monteith法计算的各站逐日潜在蒸散量作为标准值,对基于气温的Hargreaves法进行参数校正以使其适用于渭河流域.应用统计降尺度模型SDSM将HadCM3输出数据降尺度到各站点,生成A2,B2两种情景下各站未来日最高、最低气温数...     

贵州高原地带TRMM 3B42卫星降水数据的精度评价

在下垫面相对复杂,位于高原地带的贵州,利用19个气象站点实测数据分别从年、季度、月和天时间尺度对TRMM 3B42卫星降水数据进行精度检验,并讨论TRMM 3B42卫星对不同降水强度的探测能力,以此来分析其在贵州的适用性。结果表明,TRMM 3B42降水数据在年尺度上拟合优度较好(R=0.82)。研究区内19个站点年均相对误差为-2.39%,其中将近70%的站点数据表现TRMM 3B42降水量低于地面气象站点。月尺度上整体相关系数很好,R达到0.89。但是TRMM 3B42卫星数据对不同季节的探测能力存在差异,其中,冬季相关系数最低。在日尺度上TRMM 3B42降水数据与实际降水偏差大,对降水强度过大或过小的降水情况均不能准确地探测。对于单个站点而言,海拔较低的站点TRMM卫星探测出的降水与实测降水偏差小。     

多年冻土区青藏公路路基边界温度及计算模型研究

温度边界是冻土工程模拟中重要的边界条件之一。依据青藏公路多年冻土段不同走向路基断面表层温度的连续观测数据,分析了青藏工程走廊内路基实测的边界温度特征。结果表明：走向为W8° S的断面阴阳坡温差最大为5.81 ℃,走向为W34°S的断面坡面温差为5.68 ℃,走向为W86° S度的断面坡面温差为1.38 ℃,说明高原上无论路基走向如何,路基两侧坡面都存在温度差异,因此,两侧必须采取差异设计,以减少路基温度的不对称。同时,根据路基接收太阳能辐射反演路面及边坡表面温度,提出了工程热边界的简化计算模型,并将模型计算结果与实测数据进行对比,两者吻合较好。     

大气校正方法及其在高光谱影像Hyperion中的应用

利用遥感影像反演地物反射率,大气校正必不可少。对于高光谱影像,其信噪比与多波段遥感影像相比非常低,消除大气的影响显得尤为重要。在大气辐射传输模型Modtran4.0基础上,给出了一种直接、有效的大气校正参数计算方法。结合MODIS/TERRA大气温湿度廓线产品,使用此方法计算了高光谱影像Hyperion大气校正参数,并用于Hyperion影像的部分波段的反射率反演,与卫星过境时地面同步实测的典型地物反射率以及高光谱大气校正软件ACORN的计算结果进行比较,获得了比较好的结果。研究表明,大气辐射传输模型和卫星遥感大气参数产品相结合用于遥感影像的大气校正是可行的。     

天然河床反向渗滤取水水量计算方法研究

以北票反向渗滤取水工程为原型,通过对渗流场进行室内模拟试验研究,并采用大口井法、渗渠类比法、垂向入渗系数法及辐射井公式替换法分别对模拟试验中不同取水部位的取水量进行计算,分析其适用性。结果表明,四种计算方法中大口井法计算值较小,与实际取水量相差较大;渗渠类比公式的计算值与实测出水量相矛盾;辐射井公式替换法的计算值与实测出水量相差亦较大;垂向入渗系数法的计算值与实测最大出水量较为接近。     

二连盆地白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷岩石热导率测试与分析

岩石热导率是地热理论和应用研究中十分重要的参数,对于地热资源评估、大地热流分析、深部热状态及岩石圈热结构等相关研究提供了基础数据支撑。本文从二连盆地白音查干凹陷和乌利亚斯太凹陷采集了98块基本覆盖白垩系各地层的钻井岩芯样品,在实验室条件下对它们进行了岩石热导率测试,并收集了前人对31个样品的测试结果,进而结合孔隙度、钻孔实测温度和深度数据,对实验室条件下的测试数据进行了饱水校正和温压校正。测试样品包括泥岩、砂岩、砾岩、片岩和玄武岩,孔隙度在2%~20%之间,采样深度在117.8~3159.5m范围内,对应的温度和压力范围分别为13.5~118.6℃、2.89~77.41MPa。实测结果表明5种不同岩性岩石样品的热导率变化范围为0.89~4.91W/(m·K)。经过饱水和温压校正后,泥岩、砂岩、砾岩、页岩和玄武岩的平均热导率分别为2.08±0.36W/(m·K)、2.28±0.50W/(m·K)、2.53±0.44W/(m·K)、4.16±0.76W/(m·K)、1.33±0.09W/(m·K)。5种岩性中片岩平均热导率值最大,玄武岩平均热导率值最小,沉积岩介于两者之间,总体上具有随深度增大而增加的趋势。饱水、温度和压力校正后的热导率比干样热导率高。结合研究区内各个地层砂岩和泥岩所占比计算得到白音查干凹陷和乌里雅斯太凹陷白垩系地层热导率分别为2.00W/(m·K)和2.17W/(m·K)。结合钻孔测温数据,计算得到二连盆地大地热流值介于74~85mW/m^2,明显高于中国大陆地区平均热流值61.5mW/m^2。本文的研究成果对二连盆地以及华北北缘的地热资源,深部热状态和岩石圈结构都有意义。