黑河流域土地覆盖分类数据的建立及其影响的模拟

基于黑河流域1∶100000土地覆盖分布图,融合了1∶1000000植被分类图,按照美国地质调查局(USGS)提出的土地覆盖分类标准,合成了与全球土地覆盖类型分类标准相同的空间分辨率为1 km黑河流域土地覆盖类型分布(简称综合分类)。将综合分类数据与USGS全球土地覆盖类型数据在黑河流域范围内进行对比,发现土地覆盖类型分布变化区域主要集中在流域中游的绿洲区,许多绿洲在全球数据中体现为草地,在综合分类中为灌溉农田,同时综合分类数据中较全球数据增加了许多城镇用地。利用两套土地覆盖类型分布数据对2003年黑河流域中上游大气要素进行了模拟,比较了不同土地覆盖类型分布对气温等大气要素的影响,结果显示,土地覆盖参数中地表反照率和比辐射率的空间分布与近地层大气要素和土壤温、湿场分布的空间相关性高;比辐射率和粗糙度变化对局地大气、土壤要素影响较大,绿洲区土地覆盖类型大多由草地变为灌溉农田,导致了气温升高,其中不排除城市化的影响,无论从特征参数变化与大气要素模拟值变化场的空间相关性还是特征参数变化引起的气温变化的关系看,气温变化与比辐射率变化关系较密切。在黑河流域中上游可以通过增大灌溉农田比辐射率来提高气温模拟的准确性,这一结论还需要更多的观测与模拟的验证。

黑河流域植被覆盖度计算及其影响的中尺度模拟

运用基于遥感的中国西北土地覆盖动态监测系统(NOAA AVHRR Processing Chain,NOAA-Chain)预处理系统对改进的甚高分辨率扫描辐射仪(AVHRR)影像资料进行处理得到的归一化植被指数(NDVI),基于像元二分原理得到2002年黑河流域植被覆盖度分布,将其与Gutman 1998年所作全球植被覆盖度数据在黑河流域范围进行了对比分析,发现2002年黑河流域中上游植被整体呈退化趋势,主要绿洲区植被覆盖度增大。分别将这两套植被覆盖度数据引入中尺度大气模式MM5中进行黑河流域中上游气候模拟。通过与气温观测值的比较,发现用黑河流域植被覆盖度数据模拟的气温偏差小于用全球植被覆盖度的模拟结果;植被分布与潜热通量分布的空间相关性最好;植被覆盖度变化对局地温度场变化影响很大。

陆面水文过程与大气模式的耦合及其在黑河流域的应用

陆面过程模式对陆面水文过程有比较详尽的描述，然而，目前的陆面水文过程只考虑了垂直方向的水分运移，比较适合平坦地区的模拟，而在地形坡度较大的山区只考虑垂直方向的水分移动是不够的，尤其是目前随着计算机条件提高，分辨率越来越高，地表水以及土壤水的侧向流动成为山区水文过程必须考虑的部分。同时，目前的陆面过程模式中的径流量是作为诊断量处理，不参与运算。针对以上问题，对Noah陆面过程模式进行了改进，增加了地表积水和积水蒸发、坡面汇流方案、次表面流方案，并且将Routing模块通过次网格过程与大气中尺度模式MM5耦合，发展了高分辨率大气-水文耦合模式。运用发展的高分辨率大气-水文耦合模式，对黑河流域中上游2003年6月23-25日降水过程进行了模拟，研究了陆面水循环过程对大气场的影响。结果表明陆面水循环过程对近地层大气影响很大，首先影响了土壤的湿度与蒸发，进而对边界层稳定性，云结构、云水、雨水含量产生影响，对区域降水也有一定影响。