陆面过程模式在模拟水文气象时需要有合理的径流和能量水分通量，而对土壤水分的合理描述是其先决条件。土壤水分平衡通过理查德方程来描述。该方程需要有对应的参数来提供对土壤水力属性的准确描述：对于田间尺度，需要参数在土壤剖面不同土层的垂直变化；对于区域或全球尺度，还需要有参数的地理水平变化。一套能反映垂直和水平变化的土壤水力参数集对陆面模式的水文模拟具有重要意义。本项目研究使用土壤转换函数（Pedotransfer function，PTF）为陆面模拟发展一套中国区域的土壤水力参数集。这一参数集包含使用最多的由Clapp and Hornberger (1978)，van Genuchten(1980)和Mualem(1976)提出的土壤水压头和导水率经验函数的参数，以及土壤吸力为33kPa 和1500kPa 时的土壤水分含量（分别接近于田间持水量和永久凋萎点）。本项目在项目计划书针对中国区域的研究扩展到了全世界，重要研究成果包括中国和基础土壤属性数据集、中国和世界的土壤水力参数集。另外还进行了与本项目紧密相关的两项研究，即土壤粒径分布模型的比较研究和中国土地利用与土壤多样性。本项目的成果将推动世界和中国区域的水文气象模拟的发展。 2100433B

土壤水力属性的定量化信息对陆面模型中的水文气象模拟十分重要。本项目使用土壤转换函数发展一套适用于陆面过程模式的中国区域土壤水力参数集。土壤转换函数的输入数据包括砂粒、粉粒和粘粒含量、容重和有机质含量等；输入数据基于第二次全国土壤普查的中国土壤图和土壤剖面，使用土壤类型连接法而得。优选多种土壤转换函数利用上述基础土壤数据估计土壤水力参数。该参数集包括Clapp and Hornberger和van Genuchten两个体系的土壤水分特征曲线参数和土壤导水率，以及田间持水量和永久凋萎点。为反映土壤水力属性的水平和垂直变化，参数集包含七个标准土层，其空间分辨率为1公里。这一参数集将促进中国区域的水文气象模拟效果的提高。

水文过程的准确刻画对提高陆面模拟能力具有重要作用，降水条件下植被和地表的水文功能较为复杂，对该过程参数化的真实性和合理程度成为制约陆面模式性能的关键。本项目基于当前广泛应用的通用陆面模式CLM，通过理论分析、数值拟合和模拟试验等方法，研究降水对陆面蒸发过程的影响机制，建立包含雨强和截留残余的冠层截留模型，建立基于生态系统蒸散模型PT-FI的冠层蒸发方案，研究和设计薄水膜模型解决非均匀径流影响下的表层蒸发问题，以此改进降水条件下蒸发过程参数化方案。将改进的陆面过程CLM引入区域气候模式RegCM，针对东亚地区夏季风期分别进行陆面离线模拟试验和陆气耦合模拟试验，前者旨在检验降水单向强迫下陆面过程模拟性能的改进效果，后者检验降水条件下陆气相互作用对气候模拟能力的影响。项目研究成果是对陆面过程参数化理论的重要完善和创新，对提高陆面水文过程模拟能力和改进陆气相互作用关系具有应用意义。

降水条件下植被和地表的水文功能较为复杂，对该过程参数化的真实性和合理程度成为制约陆面模式性能的关键。本项目基于通用陆面模式 CLM，通过理论分析、 数值拟合和模拟试验等方法，研究降水对陆面蒸发过程的影响机制，分析了不同降水强度下地面蒸发差异，提出了“薄水膜”地表蒸发方案，能够显著增强西南地区季风期的地表蒸发通量和潜热通量，同时削弱感热通量，对非季风期的模拟效果也具有一定的改进。结合地形坡度影响，在模式中设计引进了圣维南扩散波模型，合理考虑地形坡度对地表径流的汇流作用，通过坡面坡降和摩擦坡降控制回水效应，实现了地表径流水量的平流再分配，改进了地形复杂地区模式地表径流的模拟；考虑地表非均匀性，基于史密斯-帕兰格（1978）提出的经典入渗公式及王政友经过大量野外试验提出的入渗经验模型，引入考虑雨强影响的累积渗透方案，该方案在雨强较大时和降雨较多的夏秋季能够显著地削弱渗透、提高地表径流以及降低土壤湿度，经试验设计作为新的入渗模型，改进了模式陆面土壤下渗和降水再分配问题。基于模式现有冠层方案，研究提出了冠层拦截参数优化和考虑风速影响的冠层蒸发改进方案，并用于全球、中国区和云南地区等不同尺度蒸散过程模拟分析研究。将改进的陆面过程 CLM 引入区域气候模式 RegCM，针对东部地区、云南等典型区域分别进行陆面离线模拟试验和陆气耦合模拟试验，前者旨在检验降水单向强迫下陆面过程模拟性能的改进效果，后者检验降水条件下陆气相互作用对气候模拟能力的影响。项目研究成果是对陆面过程参数化理论的重要完善和创新，对提高陆面水文过程模拟能力和改进陆气相互作用关系具有应用意义。 2100433B

由于目前的计算机只能处理数字信息，我们得到的照片、图纸等原始信息都是连续的模拟信号，必须将连续的图像信息转化为数字形式。可以把图像看作是一个连续变化的函数，图像上各点的灰度是所在位置的函数，这就要经过数字化的采样与量化。下面简单介绍图像数字化采样的方法。

对连续图像f（x，y）进行等间隔采样，在（x，y）平面上，将图像分成均匀的小网格，每个小网格的位置可以用整数坐标表示，这样采样值就对应了这个位置上网格的灰度值。若采样结果每行像素为M个，每列像素为N个，则整幅图像对应于一个M x N 数字矩阵，这样就获得了数字图像中关于像素的两个属性：位置和灰度。

模拟图像水平读出和垂直转移率

水平读出率是像素从移位寄存器中读出的速率，水平读出率越快，帧率就越高。像素读出速度可变可使CCD具有最大灵活性。较慢的读出通常使读出噪声降低，然而，却以较慢的帧频为代价。不同CCD可设置不同的读出率。　垂直转移率可变很重要。不同的外部事件需要不同的垂直转移速度，事件越短等于速度越高。较快的垂直转移率能克服低时钟感应电荷（尤其对于EMCCD），但缺点是降低了电荷转移效率，但导致强信号时像素内的电荷残留而降低空间分辨率。较低频率的垂直时钟确保了较好的转移效率，但导致了最大帧频下降和阱深的升高。为了改进转移效率，可通过设置垂直时钟电压幅度来增加时钟电压。然而，电压越高，时钟感应的电荷越高。

模拟图像像素合并及子成像

通过有效降低读出像素的总量能提高帧频。降低读出像素总量的方法有：　1.像素合并；　2.子成像模式读出。　像素合并把来自一组像素的电荷合在一起计算总量，除了达到较快帧频意外，提高了信噪比，但也降低了成像分辨率，合并像素的效果等同于一个大像素。子成像模式通过剪裁读出有效成像部分，放弃周边无关图像。子成像区可以是探测器的任何小型矩型区，并且子区域越小，可读出的像素越少，帧频越快。像素合并和子像区也可结合使用，来达到更快的帧频。实现超快帧频的另一种方法是隔离剪裁模式，可在特殊环境中进一步提高帧频。比如，如果探测器左下角有入射信号而其他部分无入射，可输出最近邻读出寄存器的子图像，而不需要放弃图像的剩余部分，从而节省了时间，提高了剪裁的速度。