目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 陸氣相互作用研究的科學意義 1
1.1.1 陸面過程對氣候的影響 1
1.1.2 陸氣相互作用研究的重要性 4
1.2 陸氣相互作用研究的內容及特色 5
1.2.1 非均勻地表特性分類 6
1.2.2 干旱區(qū)陸氣相互作用研究特色 6
1.3 沙漠綠洲陸面過程的研究現狀 7
1.3.1 理論研究現狀 7
1.3.2 野外觀測試驗研究現狀 9
1.3.3 數值模擬和資料同化研究現狀 14
1.3.4 衛(wèi)星遙感研究現狀 16
1.4 小結 17
參考文獻 18
第2章 沙漠綠洲觀測試驗及數值模式介紹 24
2.1 陸氣相互作用觀測面臨的挑戰(zhàn) 25
2.1.1 不同下墊面的觀測對比 25
2.1.2 土壤水熱變化的觀測 26
2.1.3 非均勻下墊面大氣邊界層的觀測 26
2.1.4 對流邊界層的觀測 26
2.2 金塔綠洲觀測試驗 27
2.2.1 試驗區(qū)概況 27
2.2.2 觀測試驗設計 27
2.3 巴丹吉林沙漠觀測試驗 34
2.3.1 試驗區(qū)概況 34
2.3.2 觀測試驗設計 34
2.4 觀測試驗資料預處理 37
2.4.1 渦動相關法資料處理與質量控制 37
2.4.2 GPS 探空及系留數據處理與質量控制 39
2.4.3 雷達探空數據預處理 39
2.4.4 衛(wèi)星遙感資料預處理 40
2.5 數值預報模式介紹 40
2.5.1 MM5 模式 40
2.5.2 RAMS 模式 44
2.5.3 WRF 模式 45
2.6 小結 51
參考文獻 51
第3章 沙漠綠洲小氣候和能量水分循環(huán)特征 57
3.1 綠洲小氣候特征 57
3.1.1 氣溫 58
3.1.2 氣壓 59
3.1.3 比濕 59
3.1.4 風場 59
3.1.5 不同類型綠洲小氣候對比 62
3.2 沙漠綠洲能量水分循環(huán)特征 65
3.2.1 地表輻射和能量平衡特征 65
3.2.2 綠洲不同下墊面輻射特征 69
3.2.3 不同土壤濕度條件下的輻射特征 75
3.3 沙漠綠洲下墊面土壤變化特征 80
3.3.1 不同下墊面土壤熱狀況對比 80
3.3.2 不同天氣條件下土壤溫濕變化 84
3.3.3 土壤蒸發(fā)-凝結過程 92
3.4 沙漠綠洲邊界層結構 102
3.4.1 綠洲過渡帶的冷濕舌特征 103
3.4.2 綠洲邊界層垂直結構特征 106
3.4.3 綠洲溫度場及次級環(huán)流特征 112
3.4.4 綠洲空氣動力學參數 116
3.5 小結 121
參考文獻 123
第4章 沙漠綠洲陸面過程參數化及應用 129
4.1 反照率參數化 129
4.1.1 裸土 129
4.1.2 綠洲 135
4.1.3 荒漠 141
4.2 土壤熱性質參數 142
4.2.1 土壤熱性質參數 142
4.2.2 不同下墊面土壤熱性質參數 142
4.3 荒漠下墊面粗糙度長度 143
4.3.1 計算方法 143
4.3.2 模式應用及效果分析 147
4.4 綠洲陸面參數在WRF 模式中的應用 149
4.4.1 模擬試驗設計 150
4.4.2 參數化方案的適用性分析 152
4.5 小結 176
參考文獻 176
第5章 綠洲自維持機制理論與數值研究 181
5.1 綠洲系統的動力學特點 181
5.2 綠洲系統熱力學性質 184
5.2.1 地表能量平衡 184
5.2.2 水分平衡 186
5.2.3 大氣穩(wěn)定度 187
5.3 綠洲效應的基本特征 188
5.3.1 溫度的垂直分布 188
5.3.2 綠洲風環(huán)流成因 188
5.3.3 綠洲自維持機制 189
5.4 理想綠洲數值試驗 190
5.4.1 試驗方案 190
5.4.2 冷島效應 192
5.4.3 綠洲風環(huán)流 193
5.4.4 逆濕 194
5.5 實際綠洲數值試驗 195
5.5.1 冷島效應 195
5.5.2 綠洲風環(huán)流 197
5.5.3 逆濕 200
5.6 小結 205
參考文獻 206
第6章 遙感資料在沙漠綠洲陸氣相互作用研究中的應用 208
6.1 MODIS 資料簡介 208
6.1.1 數據特點 208
6.1.2 預處理 209
6.2 沙漠綠洲地表特征參數遙感反演 212
6.2.1 標準化差值植被指數 213
6.2.2 修正的土壤調整植被指數 213
6.2.3 植被覆蓋度 213
6.2.4 比輻射率 214
6.2.5 地表反照率 214
6.2.6 地表溫度 215
6.2.7 反演結果分析 215
6.3 大氣水汽含量反演 219
6.3.1 方法 220
6.3.2 反演結果及檢驗 221
6.4 利用LANDSAT-5 TM 反演地表溫度 224
6.4.1 觀測試驗設計 224
6.4.2 反演方法 225
6.4.3 反演結果檢驗 226
6.5 地表輻射反演 229
6.5.1 研究方法 229
6.5.2 結果分析及檢驗 230
6.6 土壤濕度的遙感估算 231
6.6.1 理論及方法 232
6.6.2 結果分析及檢驗 234
6.7 遙感反演參數的應用 236
6.7.1 模式及試驗設計 236
6.7.2 近地層要素場 237
6.7.3 綠洲環(huán)流場 242
6.7.4 模擬與觀測對比 249
6.8 小結 252
參考文獻 253
第7章 綠洲大氣邊界層 257
7.1 RAMS 模式在綠洲的適用性研究 257
7.1.1 模擬方案 257
7.1.2 觀測與模擬效果對比 258
7.2 綠洲邊界層結構模擬試驗 266
7.2.1 模擬方案 266
7.2.2 控制實驗：強背景風的邊界層結構 267
7.2.3 敏感性實驗：靜風邊界層 279
7.3 非均勻下墊面能量水汽輸送 283
7.3.1 試驗方案 284
7.3.2 中尺度通量特征 288
7.3.3 土壤濕度的影響 291
7.3.4 背景風速的影響 297
7.3.5 植被的影響 299
7.3.6 影響因子比較 308
7.4 對流邊界層的大渦模擬 308
7.4.1 試驗設計 309
7.4.2 模擬結果 310
7.5 小結 319
參考文獻 320
第8章 沙漠大氣邊界層 324
8.1 氣象特征 324
8.1.1 大尺度背景場 324
8.1.2 局地環(huán)流場 327
8.2 地表能量平衡特征 328
8.2.1 淺層土壤熱儲 328
8.2.2 沙漠和沙湖區(qū)的比較 331
8.2.3 晴天與陰天的比較 333
8.3 深厚對流邊界層 337
8.3.1 邊界層結構 338
8.3.2 CBL5 成因分析 343
8.3.3 對流邊界層大渦模擬 349
8.4 沙漠湖泊-沙山近地表風沙動力環(huán)境分析 358
8.4.1 研究背景 358
8.4.2 特殊地貌景觀風場特征 359
8.4.3 輸沙勢變化特征 360
8.5 小結 362
參考文獻 362
第9章 沙漠綠洲陸面過程資料同化及應用 365
9.1 資料同化研究的進展 365
9.1.1 同化方法研究進展 365
9.1.2 同化方法分類 366
9.2 變分同化方法 367
9.2.1 變分同化 367
9.2.2 WRF 3D-Var 同化流程 367
9.3 資料同化數據集 369
9.3.1 資料同化流程 369
9.3.2 再分析產品說明 370
9.4 資料同化產品檢驗 372
9.4.1 溫度、濕度場 372
9.4.2 風場 372
9.5 資料同化產品應用 375
9.5.1 近地層氣象要素 375
9.5.2 位溫和比濕廓線 376
9.5.3 環(huán)流場 380
9.5.4 大氣邊界層高度 384
9.6 小結 385
參考文獻 386
第10章 綠洲的科學保護和利用研究 388
10.1 生態(tài)化建設對綠洲發(fā)展的影響 388
10.1.1 試驗設計 388
10.1.2 結果分析 388
10.2 不同尺度綠洲的特征比較 391
10.2.1 湍流能量通量 392
10.2.2 大氣邊界層 394
10.2.3 沙漠綠洲環(huán)流 395
10.2.4 濕島效應 395
10.3 不同灌溉制度對綠洲的影響 396
10.3.1 試驗設計 396
10.3.2 結果分析 397
10.4 小結 400
參考文獻 400