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青藏高原湍流能量的时空分布特征

摘要湍流能量作为地表能量平衡的重要组成部分,不仅是生态学研究的重要内容,更是地-气间水热交换过程分析的前提。青藏高原作为地球上的一个强大热源,其热力及动力作用对亚洲乃至全球气象和气候变化产生了巨大的影响,但目前关于青藏高原整个地区长时间序列湍流能量的研究较少。明晰青藏高原湍流能量的时空分布特征,可为该地区地表能量平衡研究提供参考依据。<br>  本研究基于2003-2018年MODIS数据、中国区域地面气象要素驱动数据集、中国西部1 km全天候地表温度等数据集,利用SEBAL模型对土壤热通量(G)和湍流能量(E)进行估算,并结合青藏高原原位观测数据对模型的适用性和计算精度进行评估,结果表明该模型对青藏高原土壤热通量和湍流能量的模拟精度较高。在此基础上利用卫星观测数据重构了该地区2003-2018年的土壤热通量(G)及湍流能量(E)数据,分析二者的时空分布特征,并探讨湍流能量的影响因素。结果表明:<br>  (1)从时间变化来看,多年G均值整体呈波动下降趋势,最大谷值出现在2011年,最大峰值出现在2016年;各季节中,除冬季外,其余季节G均值均呈波动下降趋势,且值域高低依次呈现:夏季>春季>秋季>冬季。从空间变化来看,多年G均值总体呈现出北部柴达木盆地及其周边地区最高,西南阿里等地区较高,其余大部分地区普遍较低的空间分布特征,中部及东南地区主要呈增加趋势,北部、西部和西南地区主要呈减少趋势;各季节G均值空间分布特征基本与总体空间分布特征一致,有增加趋势的地区面积占比冬季最多,夏季最少。从不同草地类型来看,各草地类型的G均值呈波动型变化,除温性荒漠草原类、高寒荒漠草原类、高寒荒漠类G均值呈波动上升外,其余草地类型均呈波动下降趋势,且山地草甸类G均值最低,而温性草原类最高。<br>  (2)从时间变化来看,多年E均值整体呈波动上升趋势,最大谷值出现在2012年,最大峰值出现在2010年;各季节中,除夏季外,其余季节E均值均呈波动下降趋势,且值域高低依次呈现:夏季>春季>秋季>冬季。从空间变化来看,多年E均值总体呈现自西北向东南逐渐升高的空间分布特征,北部及西部主要呈增加趋势,南部、西北及西南的部分地区主要呈减少趋势;各季节E均值空间分布特征基本与总体空间分布特征一致,有增加趋势的地区面积占比冬季最多,春季最少。从不同草地类型来看,各草地类型的E均值呈波动型变化,除高寒荒漠草原类、高寒草甸类、温性荒漠草原类、高寒草甸草原类、暖性灌草丛类、高寒草原类的E均值呈波动上升外,其余草地类型均呈波动下降趋势,且暖性灌草丛类E均值最高,而高寒荒漠草原类的最低。<br>  (3)从单因子探测结果来看,各驱动因子中影响E均值空间分布的主要因子是归一化植被指数(NDVI)和地表净辐射通量(Rn);从双因子交互探测结果来看,影响E均值空间分布的主要驱动因子组合为:地表净辐射通量(Rn)和土壤热通量(G)、地表净辐射通量(Rn)和地表温度(Ts)、地表净辐射通量(Rn)和归一化植被指数(NDVI)、地表净辐射通量(Rn)和降水量(PRE)、地表净辐射通量(Rn)和风速(U),主要驱动因子组合中均存在Rn,进一步说明Rn是影响E均值空间分布的重要驱动因子。<br>  本研究结果不仅证明了SEBAL模型在反演青藏高原土壤热通量(G)与湍流能量(E)的适用性,丰富了青藏高原地表能量平衡研究内容,更加增进了二者对青藏高原气候变化影响的认识,并为地表能量平衡研究的相关内容提供了参考依据。

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导师 吴静
发布时间 2024-11-21(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)
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