内蒙古地区空中水资源时空分布及卫星监测方法研究

论文摘要

我国是淡水资源严重短缺的国家,人均占有量仅为世界平均水平的四分之一,且分布很不均匀。我国北方特别是西北地区属典型的干旱、半干旱气候区,是我国缺水最严重的地区。近百年来,地球气候正经历以全球变暖为主要特征的显著变化,这对全球自然生态系统和社会经济已经产生并将继续产生重大而深远的影响。因此气候变化问题已经受到了极大关注,其中气候变化对水资源影响的问题也已引起广泛的关注。空中水资源一般指大气中液态水、固态水、水汽的总和,其中液态水、固态水的总量与水汽总量相比很小。水资源补给来源为空中水资源。大气可降水量是指垂直气柱中含有的水汽总量,假定这些水汽全部凝结,并积聚在气柱的底面上时所具有的液态水深度。由于大气可降水量在人工影响天气、天气预报、气候影响、大气辐射传输等方面都具有非常重要的作用,所以准确精细地监测水汽优为显得重要。随着卫星技术的日益发展壮大,很多地球观测技术从地基观测逐步发展成空基观测。卫星观测时空分辨率很高,而且精度也在不断地提高,逐步成为最主要的地球观测手段。本文主要目的之一就是要研究建立适合内蒙古地区的卫星观测大气方法。本文利用国际卫星云气候学计划的云气候资料、历史天气图、内蒙古中部地区25个地面观测站的云量、云状、16种天气现象和日降水资料、9个气候因子、内蒙古自治区117个地面观测站的月降水资料以及12个探空站的探空等资料,采用趋势分析和统计分析等方法研究分析并得出了内蒙古地区的19种云量参数、降水和可降水量的时空分布特征和多年变化趋势;内蒙古中部地区春夏季降水云、天气系统、降水类型、降水强度的特征;气候因子的多年时间分布和变化趋势以及同云量、降水、可降水量的关系。本文利用GPS资料和地面湿度参量(地面水汽压、地面露点)修正了计算大气可降水量的关系式,建立了内蒙古地区计算大气可降水量经验模型。本文利用地面湿度参量和MODIS实测资料对MODIS近红外晴空大气及云顶向上大气可降水量算法进行修正,建立了内蒙古地区云区覆盖范围内整层大气可降水量的卫星观测模型。MODIS近红外云覆盖区大气可降水量模型结果与修正后的地面露点计算水汽含量值有了较好的一致性,而且本文建立的模型结果与NASA的Dr.Gao结果相比均方误差明显减少,相关系数明显增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 研究现状分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 资料和方法
• 2.1 研究中使用的资料
• 2.1.1 常规探空资料
• 2.1.2 降水资料
• 2.1.3 ISCCP资料
• 2.1.4 内蒙古中部地区的地面气象观测资料
• 2.1.5 历史天气图资料
• 2.1.6 气候因子资料
• 2.1.7 MODIS监测资料
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 趋势分析方法
• 2.2.2 可降水量的计算方法
• 2.2.3 降水效率的计算方法
• 2.2.4 GPS探测可降水量原理
• 2.2.5 地面露点计算大气可降水量原理
• 2.2.6 近红外晴空大气及云顶向上大气可降水量算法原理
• 2.2.7 微波辐射仪探测云液态水原理
• 2.2.8 MODIS云液态水含量算法原理
• 2.2.9 大气气溶胶光学厚度算法原理
• 2.2.10 大气气溶胶类型算法简介
• 3 研究结果与分析
• 3.1 可降水量的分布及变化趋势
• 3.1.1 可降水量的时空分布
• 3.1.2 降水效率
• 3.2 内蒙古地区降水的时空分布及变化趋势
• 3.2.1 降水的空间分布特征
• 3.2.2 降水的年变化
• 3.2.3 降水的年际分布
• 3.2.4 降水的变化趋势
• 3.2.5 面雨量同各云量参数的相关关系
• 3.2.6 内蒙古中部地区降水情况
• 3.3 内蒙古地区云量的时空分布特征和变化趋势
• 3.3.1 云量参数的年变化
• 3.3.2 19种云量参数的季节分布
• 3.3.3 19种云量参数的空间分布
• 3.3.4 19个云量参数19年的变化趋势
• 3.4 内蒙古中西部地区3～8月降水云的分析
• 3.4.1 春夏季内蒙古中部降水云层地理分布情况
• 3.4.2 1971至2003年内蒙古中部春夏季节降水云层与降水强度的关系
• 3.5 气候因子的分布、变化趋势及同降水、云量、可降水量的关系
• 3.5.1 气候因子的年变化情况
• 3.5.2 气候因子的多年变化趋势
• 3.5.3 气候因子跟面雨量、云量参数、可降水量的关系
• 3.6 利用地面露点资料计算大气可降水量模型建立
• 3.7 MODIS近红外通道晴空大气及云顶向上大气可降水量检验
• 3.7.1 对比检验
• 3.7.2 结论
• 3.8 MODIS卫星近红外大气可降水量算法模型建立
• 3.9 热红外通道晴空大气可降水量大气廓线产品检验、比较
• 3.9.1 大气廓线产品算法简介
• 3.9.2 对比检验
• 3.9.3 结论
• 3.10 云顶特征产品的检验、比较
• 3.10.1 云顶特征产品的检验、比较
• 3.10.2 对比检验
• 3.10.3 结论
• 3.11 云水含量的检验及订正
• 3.11.1 对比检验
• 3.11.2 结论
• 3.12 MODIS卫星气溶胶观测
• 3.12.1 目前MODIS气溶胶产品反演算法更新情况
• 3.12.2 对比检验
• 3.12.3 原因分析
• 3.12.4 结论
• 4 总结
• 4.1 内蒙古地区可降水量的分布、变化趋势及降水效率
• 4.2 内蒙古地区降水时空分布、变化趋势及同云的关系
• 4.3 内蒙古地区云量的时空分布和变化趋势
• 4.3.1 内蒙古地区云量的时空分布
• 4.3.2 19个云量参数的变化趋势
• 4.3.3 内蒙古中部地区春夏季降水云的分布
• 4.4 气候因子同云量、雨量、可降水量的关系
• 4.5 利用地面湿度参量计算内蒙古地区大气可降水量经验模型的建立
• 4.6 近红外大气可降水量观测模型的建立
• 4.7 热红外通道晴空大气廓线产品检验、比较
• 4.8 云顶特征产品的检验、比较
• 4.9 云液水含量产品的检验、比较
• 4.10 大气气溶胶光学厚度和气溶胶类型的分析
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 附录