陕西省山地日照时间的空间分布特征

基于100 m×100 m分辨率的DEM数据,根据太阳光线与起伏地形之间的几何关系,全面考虑坡度、坡向、地形遮蔽等地形因子对可照时间的影响,通过数值模拟,确定山区可照时间计算模型;同时利用常规气象站资料考虑大气对日照时间的影响,建立陕西省山区日照时间估算模型。采用交叉验证和个例年分析法进行模型验证,模型的精度和稳定性均较好。通过模型计算陕西省100 m×100 m分辨率各月可照时间、气候平均日照时间的空间分布。结果表明:局地地形对日照时间空间分布影响比较明显,山区可照时间与同纬度平地相比明显差异,表现出可照时间的非地带性分布特征;尤以冬季地形作用最显著;夏季影响最弱;同时年日照时间呈现出北高南低的空间分布特征,但局地地形因子的影响依然存在。最后详细探讨了坡度、坡向、地形遮蔽等因子对山区日照时间的局地影响规律。     

贵州高原起伏地形下太阳直接辐射的精细分布

太阳直接辐射是太阳总辐射的重要组成部分。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对起伏地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以起伏地形下天文辐射为起始数据的起伏地形下太阳直接辐射的分布式模型。应用100m×100m分辨率的DEM数据,1960~2000年贵州高原及周边102个气象站常规气象要素观测资料,10个气象站的太阳辐射资料,计算了贵州高原起伏地形下各月及年太阳直接辐射精细空间分布。结果表明：①坡度、坡向、地形遮蔽对太阳直接辐射的影响较大,由于局地地形因子的影响,起伏地形下太阳直接辐射的空间分布具有明显的地域分布特征,纬向分布不明显,局地地形对太阳直接辐射的影响是不容忽视的;②贵州高原起伏地形下太阳直接辐射年总量、1月、7月大部分地区分别介于1 046~1 700、31~90、156~205MJ/m²;③季节不同,局地地形因子对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年;随坡度的增大,局地地形因子的作用增大。     

青藏高原短波辐射分布式模拟及其时空分布

论文基于太阳辐射参数化传输模型,结合MODIS每日两次的大气产品和DEM,构建了太阳短波辐射分布式模型,对青藏高原2007年的太阳直接辐射、散射辐射与总辐射分布状况进行了模拟,并利用研究区站点实测值对模型精度进行了验证,其中日值数据直接辐射的相关性分别为0.72(拉萨)和0.82(格尔木),散射辐射分别为0.71(拉萨)和0.70(格尔木),总辐射相关性大都在0.70以上;旬值数据实测值与模拟值的相关性大都在0.90以上。模拟结果表明:实际天气情形下青藏高原年平均直接辐射量为4 244 MJ/m2,年平均散射辐射量为2 348 MJ/m2,年平均总辐射量为6 592 MJ/m2。直接辐射与总辐射的空间分布主要受纬度地带性与垂直地带性的影响,且地形对地表短波辐射的影响大于纬度的影响;散射辐射的空间分布主要取决于当地的地形起伏与大气状况。     

基于DEM的复杂地形下平均气温分布式模拟研究——以贵州高原为例

影响复杂地形下气温分布与变化的因素很多,其中尤以海拔高度和地形的影响最显著。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下平均气温的分布式模型,在模型中还考虑了海拔高度、山区太阳总辐射、日照百分率。以地形复杂的贵州高原为例,应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年的平均气温精细空间分布。结果表明:①坡度、坡向、地形遮蔽对平均气温的影响较大,由于局地地形因子的影响,复杂地形下平均气温的空间分布具有明显的地域分布特征,地形对平均气温的影响在计算时是不容忽视的,②季节不同,局地地形因子对复杂地形下平均气温空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年。平均气温随海拔高度的增加而降低。南坡随坡度的增大而升高;北坡随坡度的增大而降低。在坡向影响上,1—5月、10—12月偏北坡月平均气温偏低,偏南坡月平均气温偏高;7—8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况,北坡高于南坡。     

福建省龙海市土地利用空间分布影响因子的尺度效应分析

土地利用在不同的规模尺度上具有不同的特征,某个研究尺度上的影响因子可能在其它尺度上并不发生作用。论文运用统计方法与GIS技术从自然环境、社会经济以及基础设施条件各方面分析福建省龙海市土地利用空间分布影响因素及其尺度效应。综合考虑9种主要的土地利用方式和23个候选影响因子,其中土地利用数据来自2000年11∶0000土地利用详查数据,地形数据来自15∶0000DEM,而社会经济统计数据如人口分布来自以乡镇为统计单元的统计年鉴,因此必须根据其空间分布与影响因子的关系进行空间化处理。采用的基本研究单元为100m×100m,在此基础上生成200m×200m,300m×300m～2000m×2000m多个空间尺度序列数据图层。通过分别构建不同聚合规模上的土地利用空间分布驱动模型,探讨了福建省龙海市土地利用空间分布影响因子的尺度规模效应。研究表明,不仅模型的解释能力会随聚合规模发生变化,影响因子本身及其影响系数也随研究尺度发生不同程度的变化,呈现出显著的尺度依赖性规律。龙海市主要地类受坡度、海拔高程等地形条件的严格限制,而地形因素是不容易随时间发生改变的,因此自然条件优越的地区适合多种用地类型,因而将是用地矛盾的焦点。     

散射辐射对青藏高原高寒草地总初级生产力模拟的影响

太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE（light use efficiency,光能利用率）,因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,利用站点通量观测数据估计模型关键参数;结合区域尺度气象数据和遥感数据,模拟了2003—2008年青藏高原高寒草地区域尺度GPP（gross primary production,总初级生产力）,并量化了GPP模拟的不确定性,进而通过分析模型改进前后GPP空间分布及其不确定性的差异量化了散射辐射的作用.结果表明:考虑散射辐射对LUE的影响后,模型参数优化效果明显提升,青藏高原高寒草地GPP的模拟效果得到提升;2003—2008年青藏高原高寒草地GPP模拟值呈现东南部较大,西北部较小的空间格局,与不考虑散射辐射的结果一致,但GPP平均值由312.3 g/（m2·a）增至341.7 g/（m2·a）,增幅约9.4%,说明不考虑散射辐射会低估青藏高原高寒草地GPP;GPP模拟值不确定性的空间分布与不考虑散射辐射的结果一致,但是平均不确定性大小有所降低,从9.15%降至8.66%.研究显示,若在青藏高原高寒草地的GPP模拟中不考虑散射辐射,虽不会影响其空间格局,但会低估GPP模拟值的大小,同时增加其不确定性.      

DEM栅格分辨率对TOPMODEL模拟不确定性的影响研究

选择南水北调水源区所在的汉江流域的3个不同地貌类型的子流域为试验流域,采用1:5万比例尺DEM为基准数据,基于以地形为基础的半分布式流域水文模型TOPMODEL,研究栅格分辨率对水文模拟不确定性的影响,并利用多目标模糊优化算法,对水文模拟的不确定性进行了综合评价。结果表明,DEM栅格分辨率对地形特征和地形指数都有很大的影响,从而影响水文模拟的不确定性,但由于水文模拟的复杂性在一定程度上掩盖了不同DEM分辨率计算的地形指数的差别,使得这种影响不是很大。对于现有试验流域而言,当分辨率为200 m的时候可以得到相对较优的不确定性预测区间。     

湖北省风能资源的高分辨率数值模拟试验

利用边界层模式CALMET耦合中尺度模式MM5对湖北省的风能资源分布特征进行数值模拟,得到水平分辨率1 km、 垂直高度10~150 m覆盖全省的风能资源分布。通过与测风塔对比发现,模式对九宫山7月、 11月的逐时有效风速的模拟相关系数分别为0.59、 0.57;受下垫面复杂地形的影响,10 m高度上的误差最大,50 m高度的模拟效果好于其他高度。70 m高度上数值模拟风速年均误差为7.21%,逐月平均风速误差范围在6.62%~7.30%之间。全省风能资源的总体分布特征是:中东部大于西部,西部的等值线相对凌乱且密集,冬、 春季风速、 风功率大于秋季,西部地区为风资源较贫乏地区。数值模拟结果虽然存在一定的误差,但模拟得到的风能资源分布趋势是符合本地区气候和地形特征变化规律的,可以作为制定区域风电发展规划的科学依据。在进行风电场选址时,对于误差大于平均水平的地区需要多布设测风塔。     

基于GIS的喀斯特山区实照时数时空分布研究——以广西巴马瑶族自治县为例

论文采用基于DEM的起伏地形下实照时数计算模型,以广西巴马县为例,在GIS技术的支持下对研究区域实照时数的时空分布进行模拟和结果验证,结果表明,研究区域内实照时数模拟值和气象站实测值之间具有较好的一致性,决定系数高达0.996。并探讨喀斯特地区实照时数的时空分布特点,分析了不同时间尺度下实照时数的变化情况,讨论坡度、坡向、地形起伏度和地表粗糙度等地形因子对实照时数空间分布的影响。该方法可为喀斯特地区提供重要的气候基础数据,对喀斯特地区小气候和农业气象资源分布的研究有重要意义。     

基于NLMSFD模式对风速分布规律的数值模拟——以山东威海风电场为例

针对风电场建设要求,论文利用非线性高分辨率数值模式NLMSFD尝试对山东荣成地区风资源进行评估。在试验区域内,分别选取两座测风塔不同高度上1年的月平均风速观测资料作为驱动值,利用模式对试验区的风速分布进行了模拟试验,获取了试验区100 m×100 m分辨率条件下风速一年四季的空间分布信息,并将模拟值与实测值对比,分析了模式在试验区地形及粗糙度条件下的模拟精度,评价了NLMSFD模式的可适用性。结果表明,模式的模拟结果基本能反映出月平均风速的时空变化规律,但两塔位置处模拟值与观测值的相对误差随高度和季节变化有所不同。从季节上看,模式的模拟结果在冬季较好,夏季误差稍大,春、秋次之;从高度上看,除10 m高度外,其它高度层的相对误差大多在10%以内。利用不同位置的观测资料驱动模式,模拟结果的精度也受影响。如利用远离海岸边的观测资料驱动模式要比近海观测资料驱动模式所得的模拟结果好;同时对于近海的测风塔,采用距地面位置较高的观测资料作为驱动值要比采用10 m高度的资料驱动模式的模拟精度好。这些结果说明NLMSFD模式在精细化风资源评估及风电场选址中具有一定的参考应用价值。