基于CLM的塔克拉玛干沙漠地表能量通量分布变化特征

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塔克拉玛干沙漠地区的地气相互作用独特,具有不同于其他地区的大气边界层结构,在我国天气气候和环境系统中占有举足轻重的地位,影响着我国西北干旱区的气候,对东亚季风环流的形成也有一定的促进作用。故而研究塔克拉玛干沙漠地区的能量通量特征和辐射收支平衡可加深对我国西北干旱区的能量、水汽循环和气候变化的理解与认识。陆面模型为区域尺度地表能量通量的研究提供了基础工具,数据同化系统和其它遥感技术的发展则为陆面模型提供了所需的基础数据。因而在本文中,首先对ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的ERA5数据及GLDAS(Global Land Data Assimilation System)数据进行精度验证,然后利用这两种大气强迫数据分别驱动CLM 3.5(Community Land Model)陆面模型,得到2013年1-12月的塔克拉玛干沙漠及其周边地区地表各能量通量的模拟结果并进行了精度论证,主要结论如下:(1)在塔中地区,ERA5与GLDAS的空气温度、相对湿度、大气压及太阳辐射数据与实测值极为吻合,具有很高的决定性系数与较小的误差,精度很高,但风速数据精度稍差;(2)对比分析CLM_ERA5与CLM_GLDAS这两种模拟结果,发现这两种模拟结果在时间尺度上具有相同的变化规律,即地表温度、净辐射通量、感热通量的最大值出现在夏季时期,在冬季时期的值较低,春季为上升期,秋季为下降期。塔中地区地表温度在夏季都在30℃以上,而冬季平均值很小,且都在5℃以下,年平均为16.51℃;净辐射通量的月平均值在夏季很高,数值约为90 W/m~2,在冬季很小,都在10 W/m~2左右,净辐射通量年平均值为50.53 W/m~2;感热通量全年都在15 W/m~2以上,并且在夏季平均值最大,平均值都在55 W/m~2以上,感热通量的年平均值为34.00 W/m~2;地表热通量各月平均值很小,都未超过10 W/m~2,在冬季的平均值低于0 W/m~2,春季、夏季与秋季的平均值在0 W/m~2以上,地表热通量的年平均值为1.10 W/m~2。(3)从空间分布上来看,两种模拟结果也能够体现出不同下垫面类型的变化规律,沙漠地区的模拟结果与其它下垫面类型明显不同,其中,地表温度在沙漠周边绿洲地区的温度最高,其次是沙漠腹地,高山冰原地区地表温度最低;净辐射通量的变化与地表反照率有关,表现为水体的净辐射最大、裸土和沙漠地区次之、高山冰原地区最小;对于感热通量来说,沙漠周边的绿洲地区感热通量值略高于沙漠地区,而水体区域因为具有充足水汽,所以表现为感热小潜热大。沙漠地区的潜热通量与地表热通量各月平均值变化很小,且各月平均值也很小,但沙漠地区的潜热通量受降水的影响很大,在有降水的时刻,潜热通量陡然增加;(4)通过对CLM_ERA5与CLM_GLDAS在塔中站点的模拟结果进行验证,这两种模拟结果的精度值都表现为地表温度最好,其次是净辐射通量,然后是感热通量,而地表热通量的结果最差。CLM_ERA5与CLM_GLDAS模拟结果显示,地表温度的决定性系数均为0.99,净辐射通量的决定性系数分别达到了0.86和0.83,感热通量的决定性系数分别为0.68和0.77,但对于地表热通量的模拟结果误差较大。
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