对陆面过程的初步认识

,
j
其中，j=<nsoil, nsoil 表示土壤介质顶部层结点指标
Etr,l 植被蒸腾从控制体积z j中提取的液相水分通量(Kg / m2 s) Eil 控制体积z j中固相水分的变化率(Kg / m2 s) Elv 控制体积z j中固相水分的汽化率(Kg / m2 s)
文献阅读
本次阅读文献有：
➢ 杨兴国 牛生杰 郑有飞.面过程观测试验研究进展[J].干旱气象 ,2003,21(3),83-89.
致谢
过程分析 生物 化学
计算 机
数学 建模方法
为什么要研究陆面过程？
陆地约占有全球表面30%的面积,它与大气之间的动量、热量和水分的交换,在 陆面过程中必须考虑到，所以面对以下问题：
1. 随着人类改造自然的能力增大,为满足更多需求：亚马孙流域的热带雨林是否可以砍掉 去种粮食作物?
2. 全球气候模拟？
观 测 研 究 (ISLSCP-International Satellite LandSurface Climatology Project, GEWEX-Global
Energy and Water Balance Experiments)
现在，在以往模式基础上观测研究并实现模型 参数化或优化，即第三代陆面过程方案。
3. 数值化天气预报？
4. ………..
为了回答这些问题,这就迫切需要科学家们去探索气候与陆地系统的反 馈机制,以及气候对陆面状况的变化的敏感性程度。
陆面过程研究的历史及现状
50年代开始研究陆-气的相互作用的微气象模 式。
80-90陆面生物圈物理过程模式(BM，UKMO, SSiB等模式)
雪盖模式(Max-Planck , GISS等模式)
陆面面反照率因素：陆一气相互反馈机制
陆面过程机制
陆面面反照率、粗糙度和土壤含水量的大尺度变化可能导 致的陆一气相互反馈机制：
沙漠化
正反馈
负反馈
促进植被生长
降水、水汽幅合减少
降水、水汽幅合增大 大气柱增温
地表粗糙度因素：陆一气相互反馈机制
陆面过程机制
陆面面反照率、粗糙度和土壤含水量的大尺度变化可能导 致的陆一气相互反馈机制：
学习报告
对陆面过程模型的初步认识
资源与环境科学学院地理系 报 告 人：李火青 指导老师：刘永强
报告内容
什么是陆面过程？
天气、气候或环境系统的重要组分-气候与陆地系统的反馈 机制 ：
1. 陆面与近地表大气之间能量、动量、的水分、CO2和其它微量气体； 2. 路面状态（土壤温度、土壤湿度、冠层温度）； 3. 陆面特征（反照率、粗糙度、比辐射率、土质特征、植被覆盖等）
Ew 湿润页面的水分蒸发率 (Kg / m2 s) Ev 冠层叶子的水分蒸发率 (Kg / m2 s)
陆面过程定量化
土壤介质中的水分平衡方程(Water balance equations in soil)
l j
t
1
lz j
(U
l
j
1 2
Ul
j
1 2
)
(M
il
z)
j
(Mivz) j
Etr
存在的问题
研究动态
陆面过程模型-大师 ......
中国学者在陆面过程研究中的贡献
中国学者主要从三个方面开展陆面过程的研究工作：
陆面过程机制
陆面面反照率、粗糙度和土壤含水量的大尺度变化可能导 致的陆一气相互反馈机制：
wk.baidu.com正反馈
负反馈
地表发射率增加 土壤水分减少
地表吸收的净辐射量增加 日辐射量增加
2
S
j k
控制体积中的
k相水分源
陆面过程定量化
植被冠层内的水分平衡方程(Water balance equation in canopy)
t
( vz)c
(Eac
Egc )
Ew
Wv
其中上标c是冠层控制体积结点
Eac 植被冠层与观测高度之 间的水汽湍流运输通量 (Kg / m2 s)
Egc 进入冠层的冠层与地面之间的水汽湍流运输通量(Kg / m2 s)
(Sk
z)
j
其中k=i,j,v
w 多孔介质中水分总密度(它等于i j v )(Kg / m3)
j1
Uk 2
j-1
Uk 2
从控制体积上界面 从控制体积下界面
(nodalindex (nodalindex
j 1)流出的k相水分通量 (Kg / m2 ) j - 12)流出的k相水分通量 (Kg / m2 )
➢ 水资源估算 ➢ 作物用水 ➢ 径流模型
大气/水文/生态水文模型交界面
➢ 区域生态模型 ➢ 全球碳平衡
陆面过程定量化
水分平衡方程(Water Balance Equations)
t
wt
j
k
U k
j1 2
Uk
j1 2
k
Sk z j
t
( k z) j
j1 U k 2
j1
Uk 2
天气、气候、水文和环境预报关键因素。
陆面过程的内容
陆面过程应包含发生在陆面上所有的物理、化学、生物过 程，以及这些过程与大气的关系。
陆面过程涉及 三大成分，研究时 讲其 分为多个部 分或单元，量化并 系统的处理，然后 再模拟它的整体综 合过程。
陆面过程涉及的学科和技术
地理 物理 模型理论基础
➢ 戴永久 曾庆存.陆面过程研究[J].水科学进展.1996.7(9),41-53.
➢ 戴永久.中国科学院大气物理研究所-陆面过程模式 (IAP94)[M],1994.
➢ 戴永久 曾庆存 王斌.个简单的陆面过程模式[J].1997,21(6),705-716.
➢ 国跃 洪钟祥 孙菽芬.陆面过程研究的现状与发展趋势[J].地球科学进展 .1997,12(1),20-25.
正反馈
负反馈 表面吸收的 净辐射量增加
土壤含水量减少
日辐射量增加 土壤水含量因素：陆一气相互反馈机制
陆面-大气相互作用
什么是陆面过程模型
陆面过程模型
大气模型下边界条件
➢ 大气边界层模拟 ➢ 气候模拟 ➢ 数值天气预报 ➢ 4-D资料同化(四维同化就是求代价函数的条件极值)
水文模型的上边界条件