【摘要】：地溫主要包括地表溫度和地表下土壤溫度,是全球變化研究中的重要參量。模擬地溫日變化,對于研究大氣-地表-土壤之間的物質(zhì)和能量交換具有重要意義。半個世紀以來,基于時間離散觀測的地溫日變化模擬已經(jīng)取得了卓有成效的進展。盡管如此,其對熱傳導過程的模擬仍然存在諸多不盡合理之處,由此帶來的模型精度與可擴展性問題,極大地制約了地溫日變化的模擬研究走向深入。圍繞現(xiàn)有研究所存在的問題,本文從地表能量平衡與熱傳導偏微分方程出發(fā),試圖設計一種基于離散時間序列觀測模擬地溫日變化的通用策略。本文的貢獻主要體現(xiàn)在以下兩個方面：(1)構(gòu)建了晴空地表溫度日變化的通用框架(Generic Framework, GEM)模型。在日尺度上,從GEM模型派生出7個子模型,記作GEM-I到GEM-VII,模型的控制參數(shù)依次增多(2-12個)。利用美國USCRN (United States Climate Reference Network)站點和MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)及SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager)的晴空地表溫度觀測,驗證表明,從GEM-Ⅰ到GEM-Ⅶ,模擬精度依次提高,平均絕對誤差(Mean Absolute Error, MAE)從1.71 ℃C逐漸減小到0.33℃C。其中,GEM-Ⅱ和GEM-Ⅲ適用于日內(nèi)觀測數(shù)據(jù)較少的情形,GEM-Ⅵ和GEM-Ⅶ適用于對模擬精度要求較高且一天內(nèi)有較多觀測數(shù)據(jù)的情形。此外,GEM模型適用于模擬非標準情形的地表溫度日變化,如非均勻分布的數(shù)據(jù)缺口、任意的日溫度周期起始時刻、連續(xù)多日周期和極晝。(2)考慮土壤日均溫度在不同深度上的差異,改進了傳統(tǒng)的熱傳導傅立葉解析法。改進的傅立葉解析模型采用“直接法”和“間接法”的互補策略,耦合年溫度周期和日溫度周期,利用兩個不同深度的土壤溫度離散時間序列重建土壤溫度日變化場。選用美國SCAN (Soil Climate Analysis Network)站點的土壤溫度觀測,分別模擬地表下20.3 cm (Test-1)和50.8 cm (Test-2)深度的土壤溫度日變化。對于Test-1和Test-2,傳統(tǒng)方法的均方根誤差(Root Mean Square Error, RMSE)范圍分別是1.0～2.1℃C和2.4～4.8℃C；而在改進方法中,“間接法”的RMSE均小于1.0 ℃C,“直接法”的RMSE進一步減小到0.7℃C。結(jié)果表明,相較于傳統(tǒng)方法,改進方法提高了土壤溫度日變化的模擬精度�？傮w而言,本文在基于時間離散觀測模擬地溫日變化的理論和技術(shù)層面均取得了進步。研究提高了基于離散時間序列觀測(特別是遙感觀測)模擬地溫的精度,為基于離散遙感觀測模擬任意時刻的地溫鋪平了道路。本文所采用的設計策略,對于其它離散觀測要素的模擬亦具有借鑒意義。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P423.7
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｏｖｅｒａｌｌ邋ｈｃｈｎｉｃａｌ邋ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｆｏｒ邋ｔｈｉｓ邋ｓｔｕｄｙ逡逑１．６論文組織結(jié)構(gòu)逡逑全文分五個章節(jié)展開，各章節(jié)的組織安排如下；逡逑第一章為緒論部分，主要介紹選題背景、國內(nèi)外研巧進展及存在的問題、逡逑研究目標Ｗ及理論背景和技術(shù)路線。逡逑第二章為數(shù)據(jù)部分，主要介紹模型驗證需要的地表溫度和±X濤露仁蕁ｅ義系冢日陸檣芮緲盞乇砦露鵲娜氈浠ㄓ媚Ｐ�，主要包括模型的构建、褭─辶x希準疤致鄯治�。辶x系謁惱陸檣芡躒牢露鵲娜氈浠∧Ｐ�，主要包括模型的改进、褭─侯^治�。辶x系諼逭攣畚牡慕崧酆駝雇�，总结本文掉[饕崧�、词[碌愫脫芯恐械牟誨義

本文編號：2790561