中喜马拉雅山南坡区域地表热通量的估算研究

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青藏高原的热力加热作用对南亚夏季风系统有着重要的作用,但由于该地区地形复杂和缺乏观测,人们对喜马拉雅山南侧的区域地表热通量缺少足够的认识。本论文利用卫星遥感数据获取喜马拉雅山中段南侧的尼泊尔地区的地表热通量的空间分布情况。该研究区域包含冰川、森林、草地、农田等,几乎涵盖了喜马拉雅山南侧所有的地表类型。因此,研究结果能够代表南亚次大陆地表热通量的一般特征。  论文中用到了经过改进的SEBS(Surface Energy Balance System)模型,主要利用MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据改进了其中的净辐射计算方案,使其能够适用于复杂的山地地区。喜马拉雅山中段南侧的尼泊尔地区地形复杂,基于平坦下垫面发展起来的净辐射计算方案不适用于复杂的山地地区。因此,在计算向下短波辐射的时候,基于DEM(Digital Elevation Model)数据考虑了地形的海拔、坡度、坡向、遮蔽作用,同时还考虑了大气对向下短波辐射的多种消光过程。然后,基于MODIS数据和GLDAS(Global Land Data Assimilation System)数据,计算得到了尼泊尔地区净辐射通量的空间分布情况。最后,用地面三个站的观测数据对计算结果进行了验证,相对误差为6.60%。  TESEBS(Topographically Enhanced Surface Energy Balance System)模型是改进的SEBS模型,适用于估算山地地区的地表热通量。基于TESEBS模型,利用三景不同季节的MODIS数据和GLDAS气象数据,计算得到了尼泊尔地区的地表热通量。然后,利用尼泊尔境内第一个涡动相关系统的观测数据对估算结果进行了对比分析,净辐射通量、土壤热通量、感热通量、潜热通量的平均误差分别为15.97、-19.89、8.79、-20.39W/m2。在不同的季节以及不同的气候区,地表热通量的特征有着很大的差异。除High Himalaya(海拔高度高于4000m)区以外,其它气候区的潜热通量均占可利用能量的主要部分,而High Himalaya区的感热通量占可利用能量的主要部分。  基于SEBS模型,以卫星遥感产品和GLDAS数据作为输入数据,我们计算了尼泊尔地区11年(2003-2013)的地表通量,并分析了地表通量的变化,发现:由于降水的减少,整个尼泊尔地区的净辐射通量呈增大的趋势。除了西北High Himalaya和High Mountains(海拔高度在2000-4000m之间)地区以外,其它地区的感热通量没有明显的变化趋势,西北High Himalaya的感热通量由于冬季降水的增加呈减少的趋势,High Mountains地区的感热通量由于森林的砍伐也呈增大的趋势。潜热通量在整个尼泊尔地区都呈增大的趋势,而且低纬度地区要比高纬度地区增大的更加显著。有研究表明,降水量在低海拔地区是增大的但在高海拔地区是减小的,这也能解释潜热通量的变化趋势。因此,在末遭受砍伐的森林和农田地区,潜热通量的增加趋势可以归功于净辐射通量的增加。
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