MTCLIM模型在岷江上游气候模拟中的应用

采用MTCLIMC山地小气候模拟模型对岷江上游气候变量进行了模拟,由已知测站的数据作为输入,对整个岷江上游平均最高温度、平均最低温度、潜在蒸散发进行估计,模拟时段为1995年7-9月。结果表明:此3种气象指标的最高值均出现在7月,7月份温度高,潜在蒸散量大,从7月到9月,各项指标均递减,它们的空间分布基本是与地形变化一致的,但由于植被因素的作用,潜在蒸散量的表现略有不同。最后,选取岷江上游已有的五个气象测站1981-2000年的实测数据对模拟的结果进行验证,模拟结果基本符合,平均最高温与平均最低温拟合的相对误差较小,蒸散发的相对误差较大。以MTCLIM模型与GIS技术相结合,采用不同垂直递减率,运用Kriging方法,对气象因子的时间、空间分布的模拟,不仅可以了解温度、湿度等诸因子在岷江上游的空间分布情况,为更进一步的生态过程研究奠定基础;同时也可以为建立基于地形的分布式流域植被动态水文模型提供气象参数,以揭示不同森林植被类型与水文功能的耦合关系。

MTCLIM模型系列研究报告(1):温度估算方法在中国亚热带山地的有效性验证

以已有的数据、理论和模型为基础,在南方亚热带山地对MTCLIM模型的温度估算方法进行了验证和订正。结果表明:当研究区域内平均气温的正弦加权系数TEMCF为-0 15时,用日最高气温和最低气温的正弦加权平均方法对逐日平均气温的估计偏差最小。数学平均法和正弦加权平均法估计的逐日平均气温的平均绝对误差MAE分别为1 22℃和0 77℃,后者优于前者。

MTCLIM模型系列研究报告(3):辐射估算方法在我国亚热带山地的有效性验证

以已有的数据、理论和模型为基础,在南方亚热带山地对MTCLIM模型的辐射估算方法进行了验证。通过研究得到以下结论:辐射子模型在该区域内模拟效果不佳。用空间外延温度估算的日总辐射的MAE普遍高于4 6MJ/m2·d-1,与实测值相关性极低。但用各自的最高温和最低温及降雨量来估计日总辐射的总MAE为3 86MJ/m2·d-1,相关系数R2在0 51～0 71间;水汽压的估算误差对辐射子模型几乎没有影响,在有水汽压驱动下所有站点的日总辐射与实测值之间的MAE为3 811MJ/m2·d-1,相关系数R2在0 55～0 73间,与不输入水汽压时的估计结果非常接近,但模型对弱辐射估计过于偏高,对强辐射估计过于偏低。

MTCLIM模型系列研究报告(2):湿度估算方法在中国亚热带山地的有效性验证

本文在前期研究基础上,在南方亚热带山地对MTCLIM模型的温度估算方法进行了验证和订正。研究结果表明:经过露点订正后该研究区域内逐日水汽压的估算结果普遍改善,但在不同站点不同年份间的表现不同。对各站点共5097个观测数据计算后发现,用最低温估计的水汽压和用露点方程订正后的露点估计的水汽压与实测值之间的MAE分别为0.221kPa和0.207kPa,两种方法的模拟结果均与实测值非常接近,但后者偏差更小。与最低温度法估计的结果相比,露点订正方法能较好地模拟干旱天气条件下水汽压的变化状况。

MTCLIM模型日平均温度调和系数获得算法的改进

MTCLIM模型对日平均温度的模拟结果是基于日平均温度调和系数(TEMCF)的值,而国内外目前对该系数的估计多直接基于简单的最小二乘法进行该系数的本地化,我国学者的相关工作多直接引用原模型在北美干旱气候条件的测定默认值,因而往往造成模拟结果误差较大。首次提出了根据不同水热条件的影响确定TEMCF值的方法,大大改善了最后模拟结果的精度。以长白山地区为例,通过对我国典型山地条件下日平均温度的推算方法的对比,对不同水热条件下MTCLIM模型日平均温度调和系数的获得算法进行了验证。结果证明不同水热条件对该模型日平均温度估算算法中TEMCF的值有较大的影响。随着降水量的增加和日照时间的缩短,TEMCF的取值呈减小趋势,这也解释了原MTCLIM模型在我国山地地区的应用研究的结果中较大时空差异性的原因。通过不同水分和热量等级下的模拟结果表明,将TEMCF值根据水热条件情况分别模拟日平均气温将能够大大改善MTCLIM模型在典型山地地区中的模拟结果,从而为山地地区的研究工作提供更准确的基础性参考资料。

MTCLIM模型系列研究报告(4):辐射估算方法在我国南方亚热带山地的改进

以已有的数据、理论和模型为基础,在我国南方亚热带山地对MTCLIM模型的辐射估算方法进行了改进,对模型参数作了重新估计。经过改进后,辐射子模型中的参数B的变化不再用月平均温差表示,而是用月平均水汽压来表示。交互验证估计参数的方法能消除不良数据的影响,获得较好的模拟效果,最后估计的参数T0 nadir.dry、α、C、a和b分别为0 823、0 000039、1 7、0 0173和0 0000122。与用原来参数估计的结果相比,参数估计后预测的日总辐射结果有明显改善,相关系数R2从原来的0 55～0 73提高到0 65～0 82,总平均绝对误差从原来的3 81MJ/m·d-1降低为2 90MJ/m·d-1,减少了约1MJ/m·d-1。

基于3PGS-MTCLIM模型模拟根河林区火后植被净初级生产力恢复及其影响因子

林火是大兴安岭林区主要的干扰因子,且对森林生态系统的碳平衡有着重要影响.火干扰强度以及不同地形条件所导致的山地气候差异是影响火后植被净初级生产力恢复过程的主导因素.本研究以内蒙古根河林区为例,使用多时相的Landsat TM遥感数据(2008—2012年)和1980—2010年间的气象资料,结合山地小气候模型MTCLIM与光能利用效率模型3PGS,模拟森林火后植被净初级生产力(NPP)的时空恢复过程,并探讨不同火烧强度和地形因子对NPP恢复进程的影响.结果表明:3PGS-MTCLIM模型能够较准确地在小尺度范围内模拟NPP的空间分布格局,模拟结果与样地具有较好的对应关系,R^2=0.828; 3PGS-MTCLIM模型模拟火后NPP下降百分比在43%～80%,相对于火前NPP水平该区域的平均恢复周期大约为10年;火烧强度对火后恢复具有显著影响,火烧强度越强,NPP恢复所需要的周期越长,火后NPP恢复速度呈现先快后慢的增长趋势;地形因子中,海拔对火后NPP恢复程度的影响最明显,其次为坡度,而坡向的影响最小.

中国陆地生态信息空间化技术研究(Ⅱ)——太阳辐射要素

论文以MTCLIM模型为基础,根据中国的实际情况,对模型的参数进行了优化与调整,建立了适合我国的基于温度、降水和相对湿度等因子的太阳总辐射计算模式。提出了太阳总辐射空间化的模式,即先参数化,然后采用合适的空间插值方法(论文中采用地统计学方法)实现空间化。同时鉴于逐日太阳总辐射空间化工作量庞大,提出了在计算月均日结果的基础之上,采用线性插值技术快速得到逐日太阳辐射值。从而得到了中国太阳总辐射的空间分布结果。

森林资源小班火险天气等级预报方法研究

森林火灾是危害森林健康的主要灾害之一,准确预测森林火险对做好森林火灾预防工作具有重要意义。针对我国森林火险预报缺乏小尺度预报的问题,以MTCLIM模型、WindNinja软件为基础,通过研究森林资源小班气象因子的计算与生成技术,设计并开发了火险天气等级预报模块,实现了森林资源小班火险天气等级的快速预报。试验分析表明,该方法具有易于实现、通用性好等优点,能够及时反映森林资源小班火险天气等级的时空变化,对于提高森林火灾的预防、扑救工作具有良好的指导和参考意义。

福建省区域尺度太阳总辐射模拟估算研究

比较了3种以常规地面气象资料为基础估算太阳总辐射的气候学估算模型(晴天辐射模型、天文辐射模型和MTCLIM气候模型),并以2004年福建省仅有的福州站和建瓯站太阳总辐射实测值进行验证.研究结果表明:以晴天总辐射为基值计算太阳总辐射估算模型的精度最高,运用该模型在ARCGIS支持下对福建省太阳总辐射进行空间插值,拟合了福建省区域尺度太阳总辐射月总量和年总量的空间分布,为省区域尺度生态系统碳循环模型,水文模型及植被净第一性生产力的估算研究提供了重要的空间表达参数.

起伏地形下黄淮海地区太阳总辐射的空间分布研究

太阳辐射是地球上最基本最重要的能源,它的变化影响着温度、湿度、降水和大气环流特征等的变化。利用MTCLIM模型模拟了起伏地形下黄淮海地区年太阳辐射总量的空间分布状况,结果表明,在黄淮海地区,年太阳辐射总量的分布大体上呈现由西北向东南的递减趋势;太阳总辐射高值区位于黄淮海地区的西北部和西南少部分地区,低值中心则在沿海地区;影响太阳总辐射的因素主要包括地形地势、气候、纬度高低等方面。该研究可为其他地区太阳总辐射空间分布研究提供方法和技术参考,研究结果可为合理高效利用黄淮海地区的太阳总辐射能源提供科学依据。