对陆面过程的初步认识
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1 j (U j 1 j j 2 U 2 ) ( M z ) ( M z ) E l l il iv tr , j
l 1 t l z j
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)
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。
文献阅读
本次阅读文献有：
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. 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.
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 ：
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； 路面状态（土壤温度、土壤湿度、冠层温度）； 陆面特征（反照率、粗糙度、比辐射率、土质特征、植被覆盖等）
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
1 1 j j ( k z ) j U k 2 U k 2 ( S k z ) j t
其中k=i,j,v
j 1 2
w 多孔介质中水分总密度 (它等于 i j v )(Kg / m3 )
1 U k 从控制体积上界面 (nodalindex j )流出的k相水分通量( Kg / m 2 ) 2 1 j1 U k 2 从控制体积下界面 (nodalindex j - )流出的k相水分通量( Kg / m 2 ) 2 j Sk 控制体积中的 k相水分源
物理
模型理论基础
生物
化学
数学
建模方法
计算 机
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：
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? 全球气候模拟？
数值化天气预报？
1. 2. 3.
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
过程分析
致谢
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)
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)
Hale Waihona Puke Baidu
陆面过程定量化
土壤介质中的水分平衡方程(Water balance equations in soil)
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：
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
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)
1 1 j j j j wt U k 2 U k 2 Sk z t k k
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：
正反馈 沙漠化 负反馈 促进植被生长
降水、水汽幅合减少 大气柱增温
降水、水汽幅合增大
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：
陆面过程定量化
植被冠层内的水分平衡方程 (Water balance equation in canopy)
c ( v z ) ( Eac E gc ) Ew Wv t
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)
1.
2.
3.
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)
l 1 t l z j
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)
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。
文献阅读
本次阅读文献有：
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. 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.
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 ：
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； 路面状态（土壤温度、土壤湿度、冠层温度）； 陆面特征（反照率、粗糙度、比辐射率、土质特征、植被覆盖等）
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
1 1 j j ( k z ) j U k 2 U k 2 ( S k z ) j t
其中k=i,j,v
j 1 2
w 多孔介质中水分总密度 (它等于 i j v )(Kg / m3 )
1 U k 从控制体积上界面 (nodalindex j )流出的k相水分通量( Kg / m 2 ) 2 1 j1 U k 2 从控制体积下界面 (nodalindex j - )流出的k相水分通量( Kg / m 2 ) 2 j Sk 控制体积中的 k相水分源
物理
模型理论基础
生物
化学
数学
建模方法
计算 机
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：
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? 全球气候模拟？
数值化天气预报？
1. 2. 3.
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
过程分析
致谢
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)
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)
Hale Waihona Puke Baidu
陆面过程定量化
土壤介质中的水分平衡方程(Water balance equations in soil)
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：
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
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)
1 1 j j j j wt U k 2 U k 2 Sk z t k k
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：
正反馈 沙漠化 负反馈 促进植被生长
降水、水汽幅合减少 大气柱增温
降水、水汽幅合增大
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：
陆面过程定量化
植被冠层内的水分平衡方程 (Water balance equation in canopy)
c ( v z ) ( Eac E gc ) Ew Wv t
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)
1.
2.
3.
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)