对陆面过程的初步认识
BCC-CSM2-MR模式对中国陆面过程模拟能力评估
BCC-CSM2-MR模式对中国陆面过程模拟能力评估
谭洁;黄安宁;史学丽;张宇;张艳武;曹璐;吴阳
【期刊名称】《高原气象》
【年(卷),期】2022(41)5
【摘 要】利用BCC-CSM2-MR模式(北京气候中心-气候系统模式第二版本-中等分辨率)参与CMIP6(第六次国际耦合模式比较计划)的历史试验模拟数据,与GLDAS(全球陆地资料同化系统)数据集和站点观测资料进行比较,系统评估了BCC-CSM2-MR模式对中国地区地表温度、上层(0~10 cm)土壤湿度、地表能量平衡分量等陆面变量的模拟能力,并进一步探讨了引起模式偏差的原因.结果表明:模式可以较好地模拟出各陆面变量的空间分布形势及变率,但在强度上还存在不同程度的偏差.与GLDAS数据相比,除对东南地区夏季地表温度有所高估外,模式在全年大部分时间低估了中国大部分区域的地表温度,尤其对青藏高原地区冬春季地表温度的低估显著,进一步误差分析发现,模式对东南地区夏季降水的低估导致了对向下短波辐射的高估,进而造成了对地表温度的高估,而模式对青藏高原地区地表反照率的高估导致了对向下净短波辐射的低估,最终引起了对地表温度的低估,尤其在冬春季更加明显.另外,模式在所有季节均明显低估了东南地区的上层土壤湿度,而高估了青藏高原地区冬春季的上层土壤湿度,这主要由于模式对降水的模拟偏差所致,而模式对青藏高原地区冬春季上层土壤湿度和10 m风速的高估又共同引起了对地表向上潜热通量的高估.
【总页数】13页(P1335-1347)
【作 者】谭洁;黄安宁;史学丽;张宇;张艳武;曹璐;吴阳 【作者单位】南京大学大气科学学院;国家气候中心;成都信息工程大学大气科学学院;江苏省气象局
【正文语种】中 文
【中图分类】P435
【相关文献】
1.基于陆面过程模式CLM4的中国区域植被总初级生产力模拟与评估2.一个改进的陆面过程模式及其模拟试验研究第二部分:陆面过程模式与区域气候模式的耦合模拟试验3.一个改进的陆面过程模式及其模拟试验研究第一部分:陆面过程模式及其“独立(off-line)”模拟试验和模式性能分析4.同化极轨卫星陆地产品对改善陆面模式模拟能力研究进展5.区域气候模式中不同陆面过程对中国地区地表平衡模拟能力的检验
WRF物理过程参数化方案简介
WRF物理过程参数化方案简介(WRF V2)
1 辐射过程参数化
1.1 RRTM长波辐射方案
来自于MM5模式,采用了Mlawer等人的方法。它是利用一个预先处理的对照表来表示由于水汽、臭氧、二化碳和其他气体,以及云的光学厚度引起的长波过程。
1.2 Dudhia 短波辐射方案
来自于MM5模式,采用Dudhia的方法,它是简单地累加由于干净空气散射、水汽吸收、云反射和吸收所引起的太阳辐射通量。采用了Stephens的云对照表。
1.3 Goddard短波辐射方案
它是由Chou和Suarez发展的一个复杂光学方案。包括了霰的影响,适用于云分辨模式。
1.4 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL)长波辐射方案
这个辐射方案来自于GFDL。它将Fels和Schwarzkopf的两个方案简单的结合起来了,计算了二氧化碳、水汽、臭氧的光谱波段。
1. 5 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL) 短波辐射方案
这个短波辐射方案是Lacis和Hansen参数化的GFDL版本。用Lacis和Hansen的方案计算大气水汽、臭氧的作用。用Sasamori等人的方案计算二氧化碳的作用。云是随机重叠考虑的。短波计算用到时间间隔太阳高度角余弦的日平均。
2 微物理过程参数化
2.1 Kessler暖云方案
来自于COMMAS模式,是一个简单的暖云降水方案,考虑的微物理过程包括:雨水的产生、降落以及蒸发,云水的增长,以及由凝结产生云水的过程,微物理过程中显式预报水汽、云水和雨水,无冰相过程。
2.2 Purdue Lin方案
微物理过程中,包括了对水汽、云水、雨、云冰、雪和霰的预报,在结冰点以下,云水处理为云冰,雨水处理为雪。所有的参数化项都是在L in等人以及Rutledge和Hobbs的参数化方案的基础上得到的,某些地方稍有修改,饱和修正方案采用Tao的方法。这个方案是WRF模式中相对比较成熟的方案,更适合于理论研究。
边界层和陆面过程对中国暴雨影响研究的进展
第２７卷第２期 ２００８年６月 暴雨灾害 ＴＯＲＲＥＮＴＩＡＬ ＲＡＩＮ ＡＮＤ ＤＩＳＡＳＴＥＲＳ Ｖ０ｌ＿２７ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２００８ 文章编号：１ｏ０４—９０４５（２００８）０２—０１８６—０５
边界层和陆面过程对中国暴雨影响研究的进展
赵 鸣 （中尺度灾害天气教育部重点实验室／南京大学大气科学系，南京２１００９３） 摘要：总结了近年来我国学者关于边界层和陆面过程对中国暴雨影响的研究成果。此类研究主要应用中尺度数值模式． 有的对边界层过程和陆面过程做敏感性试验，有的则对模式中边界层和陆面过程参数化作改进。结果表明：边界层和陆面 过程对我国暴雨有明显影响。主要表现在影响暴雨的强度以及使暴雨中心位置有一定的变动。但决定暴雨发生发展的主 要因子是大中尺度动力过程。对边界层和陆面过程的改进能有效改善数值模式对暴雨的模拟。 关键词：暴雨；边界层：陆面过程 中图分类号：Ｐ４５８．１ １．１；Ｐ４３５ 文献标识码：Ｄ
１引言 暴雨是影响我国的重要灾害性天气，多年来对其 发生发展的天气动力学过程及分析预报进行了大量 研究口－４］。而用数值模式研究暴雨更是近年来研究的主 要方法，其优点是可以连续分析暴雨过程中各种物理 量的逐时变化情况，为暴雨的数值预报奠定基础。暴 雨是中尺度过程，因此用来研究的模式是中尺度模 式，如ＭＭ４、ＭＭ５系列ｆ３］，ＲＡＭＳＩ￣，坐标模式（ＡＲＥＭ） ［６１等等，而以ＭＭ４、ＭＭ５系列更常用。用数值模式研究 暴雨除了可以从天气形势演变上分析暴雨的发展外， 因模式包含众多的动力和物理过程，可以仔细分析不 同动力和物理过程对暴雨的影响。从物理过程而言． 云过程、边界层、陆面过程、辐射等均可对暴雨产生影 响，随着模式的逐步发展，这些物理过程也越来越详 尽。对边界层和陆面过程而言，它们影响了地气间热 量、水汽、动量的输送，从而影响暴雨发生发展的热 力、动力和水汽条件，进而影响暴雨过程。本文试图总 结我国学者关于边界层和陆面过程对暴雨影响的研 究成果 ２边界层总体对暴雨的影响 边界层是地面和大气间的过渡带，地面来的水汽 是大气水分的重要来源．而地面来的感热、潜热及辐 射热通量是大气的重要热源．边界层还起到摩擦作 用。早期研究主要是研究地面感、潜热通量对暴雨的 影响。如翟国庆等［７１用ＭＭ５的前身ＭＭ２研究１９９１年 ７月一次江淮暴雨个例，发现从边界层进人大气的水 汽（或潜热通量）通过上空西南低空急流向长江下游 输送，改变了下游大气的温、湿结构，通过积云对流和 层状云的潜热释放促进过程后期气旋系统的发展．造 成江淮暴雨，说明了地面水汽通量的重要作用。董佩 明等嘲用ＭＭ４对１９９２年７月２３日京津冀暴雨进行 研究，由考虑与不考虑地气之间热、水交换来评价地 面和边界层对暴雨的影响，当不计此交换时．降水量 减少４Ｏ％，而当去掉辐射，但考虑热、水交换时，降水 仅减少一成，可见地面通过边界层进人大气的水汽源 是降水重要的水汽源，而感、潜热通量则是位势不稳 定源，可见下垫面热、水强迫的重要作用。董佩明等【９］ 用模式通过考虑与不考虑边界层作用研究１９９８年７ 月江淮暴雨，并分析了垂直速度场、水汽散度场等，结 论是大范围暴雨落区是由大尺度流场决定，边界层则 影响低层水汽及稳定度、地表通量与低层流场的相互 配置，在长江南侧，是地面通量的大区，是水汽及不稳 定能量的源区，对暴雨影响大。程麟生等【 ０］用ＭＭ４也 证明了地面热通量及其垂直输送有利于暴雨和低涡 的发展，增加降雨量。无地面通量则中尺度系统发展 弱．降水少。马淑芬 “ｊ用ＭＭ４也有类似的结果，即地 面通量影响降水强度．计人地面热、水通量能使模拟 区域降水量增加，但暴雨落区主要由大尺度流场决 定。高坤等｝ｌ２】用ＭＭ４得到地面通量能加深气旋，增加 降水。陈炯【 ｊ用ＷＲＦ模式做试验，有边界层过程比无 边界层的结果更好，不考虑边界层，则对流降水少，加 人边界层后，则低层辐合、垂直运动增加、层结不稳定 收稿日期：２００８—０３—０５：定稿日期：２００８～０４—０５ 基金项目：国家自然科学基金（４０３３３０３１）资助 作者简介：赵鸣，男，１９３９年生，教授，主要从事边界层和陆面过程模式的研究。Ｅｍａｉｌ：ｍｚｈａｏ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ．
【国家自然科学基金】_陆面水文过程_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
序号科研热词推荐指数序号科研热词1陆气相互作用21黄河2土壤湿度22高寒生态系统3黑河流域13陆面过程模式4陆面过程14长江5通用陆面模式15遥感6能量平衡16航空遥感试验7空间非均匀性17稻田8渍涝18积雪9流量19热带降雨观测计划10河套灌区110灌区11水文模式111湿润流域12水文模型112湿地和耕地13水循环模式113江河源区14水循环114水量平衡15水分循环115水文过程16次网格116水文模型17模型117水文效应18径流118气孔导度19尺度119气候变化20地下水120森林生态系统21土壤质地121时空尺度22土壤亮度122日径流模拟23区域气候模型123新安江模型24产流机制124挠力河流域25vic模型125径流演变26寒区水文27土地利用变化28参数化方案29卫星雷达降雨数据30半干旱半湿润流域31初步成果32分布式水文模型33冻土34光合作用有效辐射35swat36sce-ua算法37dem38btopmc模型2008年2009年
CLM4_0模式对干旱区荒漠草原_省略_带快速变化陆面过程的数值模拟研究_杨扬
CLM4.0模式对干旱区荒漠草原过渡带快速变化
陆面过程的数值模拟研究
（1.兰州大学大气科学学院，兰州730000；2.中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃省（中国气象局）干旱气候变化与减灾重点实验室，兰州730020；3.云南大学大气科学系，昆明650091）
收稿日期：2013-11-26；定稿日期：2014-08-26资助项目：公益性行业（气象）科研专项（GYHY201106043）；国家重大科学研究计划（2012CB956200）；国家自然科学基金项目（41075006）作者简介：杨扬（1988-），女，甘肃民乐人，硕士研究生，主要从事大气物理学与大气环境研究.E-mail:yangyang11@通讯作者：左洪超.E-mail：zuohch@摘要：利用2012年7-9月微气象蒸发观测实验的观测资料和陆面模式CLM4.0，对荒漠草原过渡带快
速变化的陆面过程进行了单点数值模拟试验，通过比较模拟值与观测值来检验模式的模拟能力。结果
表明：（1）CLM4.0模式能较好地模拟下垫面快速变化的辐射通量、湍流通量、土壤温度及土壤含水量
的变化特征，但模拟值较观测值还存在一定偏差。在干旱及湿润地表状况下，CLM4.0模式模拟的反射
辐射与观测值的偏差较小，而草地地表时模拟值较观测值偏高；CLM4.0模式较好地模拟了地表长波辐
射的变化趋势，但是在正午和夜间偏差较大。（2）CLM4.0模式模拟的湍流通量与观测值之间的相关系
数达0.85以上，但模拟值较观测值偏高。（3）CLM4.0模式模拟的土壤温度及含水量较观测值偏小，
且对强降水引起的土壤含水量的变化过程的模拟性能较差。发展适用于干旱荒漠草原过渡带的土壤孔
隙度参数化方案，进而通过改善土壤热导率、导水率的模拟有助于提高该类下垫面土壤温度及土壤含
水量的模拟性能。
关键词：荒漠草原过渡带；快速变化；陆面过程；CLM4.0模式
文章编号：1000-0534（2015）04-0923-12中图分类号：P435文献标志码：A
一种陆面过程模式对径流的模拟研究
第７卷 第４期 ２００２年１２月 气候与环境研究 Ｃｌｉｍａｔｉｃ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｖｏ１．７ ＮＯ．４ Ｄｅｃ． ２００２
一种陆面过程模式对径流的模拟研究冰
苏凤阁
（中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟实验室，北京 １０００２９）
郝振纯
（河海大学水资源开发利用国家专业实验室，南京 ２１００９８）
摘要 径流在陆面模式水量平衡计算中占有重要地位，它不但与土壤水的动态变化有 关，而且会影响感热、潜热等其他通量的计算结果。作者针对陆面过程模式ＡＶＩＭ（Ａｔ． ｍｏｓｐｈｅｒｅ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ１）对产流描述的不足，改进模式中对径流的参数化方 法。并将改进后的模式用于内蒙古的锡林河流域，以检验模式对径流的模拟能力。１９９１～ １９９４年的径流模拟结果表明，改进后的模式对径流的模拟有较好的改善。
关键词：陆面过程；参数化；径流
ｌ 引言
径流，可以说是陆面参数化过程中考虑最少的部分。最初，ＳＶＡＴＳ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｖｅｇ—
ｅｔａｔｉｏｎ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｃｈｅｍｅｓ）作为ＧＣＭ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ１）的下 边界，主要用于描述大气与陆面之间能量的收支，有效地估计到达地面的辐射及感热和
潜热，而对径流作过分简单的考虑。在气候模式中径流处理为诊断变量，不参与模式中 的水分循环。而径流在陆面水量平衡中占有举足轻重的地位，除了十分干旱的地区，径
流系数一般都在０．３以上，径流计算的误差直接影响土壤含水量的计算精度，从而影响 蒸发以及陆面能量平衡的计算。大多数陆面模式中对径流的描述主要存在以下两点不
足：１）简单的假定网格内的土壤植被等具有均匀的性质，没有考虑产流的不均匀性，
如下渗能力的不均匀性和蓄水容量的不均匀性对产流的影响；２）没有考虑网格点内和
非均匀下垫面陆面过程参数化问题研究进展
第２６卷第１期 ２００８年３月 干 旱 气 象 ＡＲＩＤ ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ ＶｏＩ．２６ Ｎｏ．１ Ｍａｒｃｈ，２００８ 文章编号：１００６—７６３９（２００８）一０１—００７３—０５
引 言 非均匀下垫面陆面过程参数化问题研究进展 乔 娟 ， 张 强２， 张 杰２ （１．中国气象科学研究院，北京１０００８１；２．中国气象局兰州干旱气象研究所， 甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室，甘肃兰州７３００２０） 摘要：非均匀下垫面对陆面过程模式应用有着重要影响。若将下垫面一概视为均一，在很多情况下 会影响模式模拟的准确性。本文详细介绍了目前非均匀地表陆面过程参数化的方法（Ｍｏｓａｉｃ法、统 计一动力法和其它方法），初步分析了这些参数化方法的缺陷，并简单探讨了陆面参数尺度转换问 题，最后对今后研究的问题给出了建议，其中特别提出要寻找适当方法实现陆面物理量不同尺度间的 转换。 关键词：非均匀下垫面；陆面过程；参数化方法；尺度转换 中图分类号：Ｐ４５６．７ 文献标识码：Ａ 非均匀下垫面问题一直是困扰数值模式和遥感 反演技术发展的关键环节。随着陆面过程模式的改 进和遥感技术的发展，人们逐渐提高了对下垫面的 科学描述能力，然而由于下垫面非均匀性的影响，对 陆面过程的描述仍存在很多问题。因为不同地域的 地形、土地利用、植被和土壤属性的差异，甚至小尺 度局地和次区域气象、水文和生态条件下地气能量 和水分交换的差异都会对陆面过程产生影响…。 近２０ ａ来，由于对ＩＧＢＰ，ＧＥＷＥＸ及ＢＡＨＣ等计划 的重视和推动，关于陆面非均匀性的研究及其对 陆一气相互作用的重要影响，已受到越来越多的各 国学者的高度重视 。 地表的非均匀性通常是指地表土壤特性（土壤 类型、湿度、颜色及粗糙度等）、植被分布（植被类 型、叶角、高度、密度及形态等）以及非均匀分布的 云和降水对地表辐射收支和地表湿度的非均匀影 响。过去的研究发现下垫面的非均匀性会对地表的 能量平衡、地表水文过程及局地环流产生一定的影 响，甚至可能造成新的附加中尺度环流并引发附加 的中尺度通量 。 目前处理陆面过程非均匀性的方法主要有Ｍｏ・ ｓａｉｃ法和统计一动力法，还衍生出一些其它的方法， 但这些方法均存在一定的缺陷。同时，遥感与陆面 模式相结合已成为陆面过程研究中必不可少的手 段。本文研究探讨了非均匀下垫面陆面过程参数化 方法的研究现状，以及遥感技术、ＬＡＳ在非均匀下垫 面陆面过程中的应用，最后对今后研究可能改进的 方面提出了几点建议。 １ 非均匀下垫面与陆面过程模式 从２０世纪６０年代末第一代ＧＣＭ的诞生到近 １０ ａ涌现出了许多陆面过程模式（ＬＳＰＭ），如 ＢＡＴＳ＿４ Ｊ、ＳｉＢ 等。但已有的ＬＳＰＭ基本假设下垫 面均匀分布，而实际下垫面的二维非均匀性会引起 很多重要的次网格过程，造成原来建立在均匀性假 设基础上的结果严重失真，因此，陆面过程模式最严 重的缺陷之一是没有考虑这些次网格的非均匀性。 各国学者逐渐致力于这方面的研究，２０世纪８０年 代后期以来，各有侧重地考虑次网格非均匀性的陆 面过程模式（Ｍｏｓａｉｃ模型，动力一统计模型等）相继 出现 。 １．１ 非均匀下垫面陆面过程参数化方法 一个理想的陆面过程模式应真实客观地反映下 垫面附近发生的各种物理过程（如水分、动量、能量 等的交换），尽量体现出下垫面特征量的非均匀性 收稿日期：２００７—１２—０６；改回日期：２００８一Ｏ１—２７ 基金项目：国家自然科学基金项目（４０５７５００６）资助 作者简介：乔娟（１９８４一），女，陕西宝鸡人，在读硕士，主要从事陆面过程、陆一气相互作用研究．Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｕａｎｑｉａｏ２００５＠１６３．ｃｏｒｎ
黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究-冰川冻土
文章编号:1000-0240(2007)03-0387-10黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究
收稿日期:2006-10-14;修订日期:2006-12-26 基金项目:国家自然科学基金项目(40401012);中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX2-YW-301-3)资助 作者简介:陈仁升(1974)),男,山东沂水人,研究员,2002年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获博士学位,主要从事寒区水文过程研究.E-mail:crs2008@陈仁升1, 康尔泗1, 吉喜斌1, 阳 勇1, 张智慧1, 卿文武1, 白生云2,王连东2, 孔庆柱2, 雷有宏2, 裴宗喜2, 王 军2(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州730000;2.青海省祁连县野牛沟气象站,青海祁连 810400)摘 要:介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为310m的季节冻土区,近50a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(<20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约110e和117e.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月)2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.关键词:多年和季节冻土;水文过程;高山草甸;黑河源区中图分类号:P334/P339文献标识码:A0 引言冻土水文过程是指水分在季节冻土、多年冻土活动层以及多年冻土冻结层以下岩层和土壤内的迁移、转化和相变的过程,是一种基于冻土为主要下垫面类型的特殊陆面水文过程.在流域产汇流过程中,多年冻土活动层和季节冻土融化层底部是深度不断变化的隔水层,冻结和半冻结土壤和岩层中固态含水量的存在,改变了土壤-岩层的能量收支和平衡,既增加了冻结-融化潜热过程,同时改变了土壤-岩石层的导热系数、热容量和总能量,以及土壤热传导过程.固态含水量的存在,还改变了土壤-岩石层的结构,减小了土壤-岩层的有效孔隙度和实际土壤田间持水量,从而改变了土壤液态水分-土壤水势关系(土壤水分特征曲线),改变了土壤-岩石层的实际水力传导率,最终改变了液态水分的运移方向、运移长度、运移速率和运移量.陆地表层是水文过程中水分交换最为频繁、最为复杂的地区,是地-气相互作用的汇集地,是受外界影响变化最为敏感的地区之一.土壤冻融作用和水热交换,贯穿于一个流域的产流、入渗和蒸散发过程中,是寒区流域水文过程的中心环节.因而,探讨一个寒区流域的水文循环过程机理,最重要的一环就是要进行冻土水文过程观测和试验研究.我国多年冻土面积为215@104km2[1],季节冻土则几乎涵盖了我国整个北方地区.在全球变化背景下,近几十年来,我国多年冻土存在严重的退化现象[2-3],而且还会继续退化[4-5],目前已经引起了严重的生态与环境问题[6-8],并由此造成我国两大母亲河上游产汇流机制的改变[9-10].内陆河山区流域季节冻土比例较大,对气温的变化更为敏感,在全球变暖的趋势下,许多内陆河山区流域的多年冻土转变为季节冻土,季节冻土冻结时间缩短、最大冻结深度变浅,促使多年冻土和季节冻土的隔水板作用逐步丧失,从而影响流域的产汇流过程和生态环境.然而,目前对这种冻土水文过程及其对生第29卷 第3期2007年6月冰 川 冻 土JOURNALOFGLACIOLOGYANDGEOCRYOLOGYVol.29 No.3Jun.2007态环境的影响机理尚不清楚.为此,开展冻土水文过程机理实验研究尤为必要.1 冻土水文观测场与观测项目在黑河野牛沟高山草甸区,我们布设了一套综合环境观测系统、3个大型山坡径流场和15个小型Lysimeter,调查了相关土壤和植被参数,并结合野牛沟自动气象站资料,在试验点和山坡尺度上初步开展了冻土水文过程机理观测试验工作.野牛沟冻土水文观测场依托野牛沟气象站,地处黑河干流西支中游,地理位置99b3215cE,38b2715cN,海拔3320m(图1).由于龙首梯级电站的落成使用,黑河干流出口莺落峡水文站实测流量不能反映自然水文过程.以札马什克水文站(99b59cE,38b14cN,2835m)控制的黑河干流西支野牛沟流域(图1),面积4589km2,海拔范围2835~4891m,平均海拔3929m,89%以上的面积分布于海拔3500m以上.流域内有冰川144条,总面积3616km2(2003年影像),流域多年冻土广泛发育(下限海拔3400~3600m左右),72%左右的面积被高山草甸和高山草原覆盖,是一个理想的寒区水文过程研究流域.1.1 试验点尺度水热传输过程观测野牛沟气象站系国家二级基本站,1959年1月建站.2000年起补充布设一套自动气象站(M520),观测时间步长为1min.为了解水分和热量在冻土-高山草甸-大气系统中的一维传输过程和机理,2004年9月,我们在该气象站内布设了一套综合环境观测系统(ENVIS,图1),该系统能够测量每015h的两层气温、降水、两层风速、总辐射、反射辐射、净辐射、两层相对湿度、CO2通量、气压等微气象要素,7层土壤水分、7层地温以及地热通量等,并能够根据需要增减探头[11].1.2 山坡尺度冻土水文过程观测1.2.1 山坡径流场在野牛沟气象站旁边高山草甸区,布设了不同坡向和坡度的3个径流场(图2).径流场控制深度80cm,面积分别为8314m2、18716m2和16011m2.径流场四周用215mm厚胶皮隔水.胶皮露出地面部分高20cm,内外两侧用切割归整的草皮支撑.在径流场汇水部分,胶皮沿开挖剖面外侧摆放,按照剖面土壤性质回添,地表铺草皮.汇水区剖面底部用胶皮做成U形,便于合理截留壤中流,径流场尖端部分下部用块石填充,地表铺草皮.在径流场出口前端,开挖115m@115m@115m的试验坑,在分层测量土壤参数(孔隙度、田间持水量、干密度、比重、饱和水力传导率、粒度成分和土壤水分特征曲线)的同时,布设径流场测留装置.测流装置包括引流槽、标准雨量筒和量水池.标准雨量筒用于接收径流场地表径流和壤中流,若一次降水过程产流量较多,多余部分流到量水池中.最后用水泥和砖加固试验坑,试验坑上覆210m@114m的遮盖板,以避免雨水和风吹沙对测量结果的影响.
陆面过程模型 CoLM 与区域气候模式 RegCM3 的耦合及初 …
1 陆面过程模型CoLM与区域气候模式RegCM3的耦合及初步评估
郑婧1,2，谢正辉1∗，戴永久3，袁星1,2，毕训强4
1中国科学院大气物理研究所，北京 100029； 2中国科学院研究生院，北京 100049； 3北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京 100875； 4The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, Trieste, Italy, 34100. 摘 要 陆面过程通过影响陆面和大气之间物质和能量的交换影响气候，其参数化方案对数值天气预报、全球及区域气候模拟有重要影响。本研究利用对生物物理、生物化学过程考虑更全面的陆面模式Common Land Model (CoLM)替代区域气候模式RegCM3原有的陆面模式BATS，发展了耦合区域气候模式C-RegCM3；将其应用于东亚地区典型洪涝年份夏季气候模拟以进行评估，结果表明新耦合的模式C-RegCM3能合理模拟大尺度环流场、近地表气温和降水的分布特征，对西北半干旱地区降水模拟比RegCM3有所改进。通过利用区域气候模式C-RegCM3及RegCM3对地表能量和水文过程模拟结果的比较，发现在半干旱、半湿润过渡区C-RegCM3模拟的潜热增大、感热减小；模拟的地表吸收太阳辐射差异较明显的地区位于模式模拟的主要雨区; C-RegCM3在上述过渡区模拟的夏季地表土壤湿度比RegCM3偏干，这与它在过渡区降水模拟偏少、蒸散发模拟偏大相对应，体现了该模式在半干旱、半湿润过渡带模拟出比RegCM3更明显的局地土壤湿度-降水-蒸散发之间的正反馈作用。 关键词 陆面过程模型，区域气候模式，耦合
Coupling of the Common Land Model (CoLM) to the Regional Climate Model (RegCM3) and its preliminary validation
CLM3.0对中国区域陆面过程的模拟试验及评估Ⅱ：土壤湿度
第３１卷第１期
２０１ １年２月 气象科学
ＳＣＩＥＮＴＩＡ ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ Ｖｏ１．３１．Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．，２０１１
熊明明，陈海山，俞淼．ＣＬＭ３．０对中国区域陆面过程的模拟试验及评估Ⅱ：土壤湿度．气象科学，２０１１，３１（１）：１—１０．Ｘｉｏｎｇ Ｍｉｎｇｍｉｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｈａｉｓｈａｎ，Ｙｕ Ｍｉａｏ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｖｅｒ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｉｔｓ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ．ＰａｒｔⅡ：Ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ．Ｓｃｉｅｎ— ｔｉａ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１１，３１（１）：１—１０．
ＣＬＭ３．０对中国区域陆面过程的模拟试验
及评估１１：土壤湿度
熊明明 陈海山 俞淼
（南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室，南京２１００４４）
摘要利用ＣＬＭ３．０及普林斯顿大学的全球大气外强迫场资料，对中国地区１９４８－－２００１年的
土壤湿度进行了ｏｆｆ－ｌｉｎｅ模拟，进一步评估了ＣＬＭ３．０对中国地区土壤湿度的模拟能力。结果表
明：模式基本能揭示土壤湿度的空间分布型，即华北干、东北和东南湿“二湿一干”的分布特征，但 模拟值较观测值普遍偏高；就年际变化而言，在５个分区中，云贵地区模拟的年际变化与观测的相
关性最好，东北区域次之，模拟的东部中纬度区域的年际变化较差，全区范围内７月的模拟好于４
月；模式对于土壤湿度倾向有一定程度的模拟能力，基本能模拟出４月东北东部区域的干化趋势，
但模式模拟的变化幅度较观测值偏小很多，其中以黄淮江淮地区模拟的趋势最差。
关键词陆面过程；土壤湿度；数值模拟；评估 分类号Ｓ１６１．３２ 文献标识码Ａ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｖｅｒ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｉｔｓ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ．
ＰａｒｔⅡ：Ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ