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第1章 陆面水文模式1

1.1 陆面水文模式概述1

1.2 地下水侧向流动3

1.2.1 河流输水条件下土壤水地下水相互作用模型GSIM4

1.2.2 模型验证9

1.2.3 结论15

1.3 输水调水及生活用水表示16

1.3.1 研究区域及供需水量估计17

1.3.2 地下水开采利用对陆面过程的影响20

1.4 土壤冻结融化过程34

1.4.1 考虑冻融界面变化的土壤水热耦合运动边界问题35

1.4.2 考虑冻融深度变化的土壤水热耦合数值模型37

1.4.3 土壤水热耦合模型的数值算法40

1.4.4 模型验证41

1.5 作物生长过程54

1.5.1 作物模型CERES介绍54

1.5.2 作物生长过程对陆面过程的影响60

1.5.3 CLM3.5 _CERES的模拟验证68

1.6 大尺度陆地水循环模型CLM-DTVGM的构建74

1.6.1 模型改进和构建75

1.6.2 模型优化和不确定性分析82

1.6.3 CLM-DTVCM模型评估90

第2章 区域气候-陆面水文耦合模式101

2.1 地下水位动态变化对区域气候及极端气候事件的影响101

2.1.1 地下水模型与区域气候模式的耦合过程101

2.1.2 试验设计103

2.1.3 结果分析103

2.2 地下水开采利用对区域气候的影响122

2.2.1 试验设计122

2.2.2 结果分析123

2.2.3 取水用水过程的直接影响与间接气候反馈的分离129

2.3 跨流域调水对区域气候的影响131

2.3.1 跨流域调水的方案表示131

2.3.2 南水北调中线工程介绍131

2.3.3 结果分析133

2.4 作物生长过程对区域气候的影响138

2.4.1 考虑作物生长过程的区域气候模式RegCM4_CERES138

2.4.2 RegCM4_CERES的模拟139

2.5 取水、用水、调水和农作物生长对区域气候的影响153

2.5.1 考虑取水用水调水和作物生长过程的陆面及区域气候模式153

2.5.2 离线结果分析154

2.5.3 在线结果分析156

第3章 陆面数据同化系统162

3.1 集合四维变分同化方法PODEn4DVAR162

3.2 基于多种观测算子的双通微波陆面数据同化系统168

3.2.1 模型算子168

3.2.2 观测算子169

3.2.3 双通同化流程174

3.2.4 同化试验设计174

3.2.5 同化结果分析175

3.2.6 同化系统的贝叶斯模型平均方案180

3.3 GRACE陆地水储量同化系统181

3.3.1 模型算子182

3.3.2 GRACE陆地水储量同化系统182

3.3.3 观测系统模拟试验183

3.3.4 陆地水储量同化系统在中国区域的应用186

第4章 区域气候-陆面水文耦合模式的应用194

4.1 1955～2008年我国水循环要素变化格局的模拟和分析194

4.1.1 普林斯顿再分析资料195

4.1.2 ITPCAS数据集197

4.2 水循环过程变化的归因分析207

4.2.1 基于陆气耦合归因分析207

4.2.2 基于野外试验的地表径流变化归因分析216

4.2.3 基于统计和水文模拟的地表径流变化综合归因分析220

4.3 中国东部季风区未来气候变化情景模拟232

4.3.1 CLM-DTVGM模拟的未来20～30年我国水循环要素变化格局232

4.3.2 CMIP5模式对东部季风区2007～2059年气候变化的预估246

4.3.3 高分辨率区域气候模式的模拟结果259

4.4 未来50年中国东部季风区陆地水循环过程对未来气候变化的响应格局模拟263

4.4.1 东部季风区陆地及流域水资源分区水文要素的时空分布格局263

4.4.2 未来气候变化对调水工程的影响272

4.4.3 极端水文事件频率和强度的可能变化277

第5章 未来的发展规划281

参考文献282