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第1章 绪论1

1.1 陆气相互作用研究的科学意义1

1.1.1 陆面过程对气候的影响1

1.1.2 陆气相互作用研究的重要性4

1.2 陆气相互作用研究的内容及特色5

1.2.1 非均匀地表特性分类6

1.2.2 干旱区陆气相互作用研究特色6

1.3 沙漠绿洲陆面过程的研究现状7

1.3.1 理论研究现状7

1.3.2 野外观测试验研究现状9

1.3.3 数值模拟和资料同化研究现状14

1.3.4 卫星遥感研究现状16

1.4 小结17

参考文献18

第2章 沙漠绿洲观测试验及数值模式介绍24

2.1 陆气相互作用观测面临的挑战25

2.1.1 不同下垫面的观测对比25

2.1.2 土壤水热变化的观测26

2.1.3 非均匀下垫面大气边界层的观测26

2.1.4 对流边界层的观测26

2.2 金塔绿洲观测试验27

2.2.1 试验区概况27

2.2.2 观测试验设计27

2.3 巴丹吉林沙漠观测试验34

2.3.1 试验区概况34

2.3.2 观测试验设计34

2.4 观测试验资料预处理37

2.4.1 涡动相关法资料处理与质量控制37

2.4.2 GPS探空及系留数据处理与质量控制39

2.4.3 雷达探空数据预处理39

2.4.4 卫星遥感资料预处理40

2.5 数值预报模式介绍40

2.5.1 MM5模式40

2.5.2 RAMS模式44

2.5.3 WRF模式45

2.6 小结51

参考文献51

第3章 沙漠绿洲小气候和能量水分循环特征57

3.1 绿洲小气候特征57

3.1.1 气温58

3.1.2 气压59

3.1.3 比湿59

3.1.4 风场59

3.1.5 不同类型绿洲小气候对比62

3.2 沙漠绿洲能量水分循环特征65

3.2.1 地表辐射和能量平衡特征65

3.2.2 绿洲不同下垫面辐射特征69

3.2.3 不同土壤湿度条件下的辐射特征75

3.3 沙漠绿洲下垫面土壤变化特征80

3.3.1 不同下垫面土壤热状况对比80

3.3.2 不同天气条件下土壤温湿变化84

3.3.3 土壤蒸发-凝结过程92

3.4 沙漠绿洲边界层结构102

3.4.1 绿洲过渡带的冷湿舌特征103

3.4.2 绿洲边界层垂直结构特征106

3.4.3 绿洲温度场及次级环流特征112

3.4.4 绿洲空气动力学参数116

3.5 小结121

参考文献123

第4章 沙漠绿洲陆面过程参数化及应用129

4.1 反照率参数化129

4.1.1 裸土129

4.1.2 绿洲135

4.1.3 荒漠141

4.2 土壤热性质参数142

4.2.1 土壤热性质参数142

4.2.2 不同下垫面土壤热性质参数142

4.3 荒漠下垫面粗糙度长度143

4.3.1 计算方法143

4.3.2 模式应用及效果分析147

4.4 绿洲陆面参数在WRF模式中的应用149

4.4.1 模拟试验设计150

4.4.2 参数化方案的适用性分析152

4.5 小结176

参考文献176

第5章 绿洲自维持机制理论与数值研究181

5.1 绿洲系统的动力学特点181

5.2 绿洲系统热力学性质184

5.2.1 地表能量平衡184

5.2.2 水分平衡186

5.2.3 大气稳定度187

5.3 绿洲效应的基本特征188

5.3.1 温度的垂直分布188

5.3.2 绿洲风环流成因188

5.3.3 绿洲自维持机制189

5.4 理想绿洲数值试验190

5.4.1 试验方案190

5.4.2 冷岛效应192

5.4.3 绿洲风环流193

5.4.4 逆湿194

5.5 实际绿洲数值试验195

5.5.1 冷岛效应195

5.5.2 绿洲风环流197

5.5.3 逆湿200

5.6 小结205

参考文献206

第6章 遥感资料在沙漠绿洲陆气相互作用研究中的应用208

6.1 MODIS资料简介208

6.1.1 数据特点208

6.1.2 预处理209

6.2 沙漠绿洲地表特征参数遥感反演212

6.2.1 标准化差值植被指数213

6.2.2 修正的土壤调整植被指数213

6.2.3 植被覆盖度213

6.2.4 比辐射率214

6.2.5 地表反照率214

6.2.6 地表温度215

6.2.7 反演结果分析215

6.3 大气水汽含量反演219

6.3.1 方法220

6.3.2 反演结果及检验221

6.4 利用LANDSAT-5 TM反演地表温度224

6.4.1 观测试验设计224

6.4.2 反演方法225

6.4.3 反演结果检验226

6.5 地表辐射反演229

6.5.1 研究方法229

6.5.2 结果分析及检验230

6.6 土壤湿度的遥感估算231

6.6.1 理论及方法232

6.6.2 结果分析及检验234

6.7 遥感反演参数的应用236

6.7.1 模式及试验设计236

6.7.2 近地层要素场237

6.7.3 绿洲环流场242

6.7.4 模拟与观测对比249

6.8 小结252

参考文献253

第7章 绿洲大气边界层257

7.1 RAMS模式在绿洲的适用性研究257

7.1.1 模拟方案257

7.1.2 观测与模拟效果对比258

7.2 绿洲边界层结构模拟试验266

7.2.1 模拟方案266

7.2.2 控制实验：强背景风的边界层结构267

7.2.3 敏感性实验：静风边界层279

7.3 非均匀下垫面能量水汽输送283

7.3.1 试验方案284

7.3.2 中尺度通量特征288

7.3.3 土壤湿度的影响291

7.3.4 背景风速的影响297

7.3.5 植被的影响299

7.3.6 影响因子比较308

7.4 对流边界层的大涡模拟308

7.4.1 试验设计309

7.4.2 模拟结果310

7.5 小结319

参考文献320

第8章 沙漠大气边界层324

8.1 气象特征324

8.1.1 大尺度背景场324

8.1.2 局地环流场327

8.2 地表能量平衡特征328

8.2.1 浅层土壤热储328

8.2.2 沙漠和沙湖区的比较331

8.2.3 晴天与阴天的比较333

8.3 深厚对流边界层337

8.3.1 边界层结构338

8.3.2 CBL5成因分析343

8.3.3 对流边界层大涡模拟349

8.4 沙漠湖泊-沙山近地表风沙动力环境分析358

8.4.1 研究背景358

8.4.2 特殊地貌景观风场特征359

8.4.3 输沙势变化特征360

8.5 小结362

参考文献362

第9章 沙漠绿洲陆面过程资料同化及应用365

9.1 资料同化研究的进展365

9.1.1 同化方法研究进展365

9.1.2 同化方法分类366

9.2 变分同化方法367

9.2.1 变分同化367

9.2.2 WRF 3D-Var同化流程367

9.3 资料同化数据集369

9.3.1 资料同化流程369

9.3.2 再分析产品说明370

9.4 资料同化产品检验372

9.4.1 温度、湿度场372

9.4.2 风场372

9.5 资料同化产品应用375

9.5.1 近地层气象要素375

9.5.2 位温和比湿廓线376

9.5.3 环流场380

9.5.4 大气边界层高度384

9.6 小结385

参考文献386

第10章 绿洲的科学保护和利用研究388

10.1 生态化建设对绿洲发展的影响388

10.1.1 试验设计388

10.1.2 结果分析388

10.2 不同尺度绿洲的特征比较391

10.2.1 湍流能量通量392

10.2.2 大气边界层394

10.2.3 沙漠绿洲环流395

10.2.4 湿岛效应395

10.3 不同灌溉制度对绿洲的影响396

10.3.1 试验设计396

10.3.2 结果分析397

10.4 小结400

参考文献400