应用CRU(Climate Research Unit)资料和SRB(Surface Radiation Budget)资料对NCEP I(National Center for Environmental Prediction)资料进行订正,生成时间步长为逐6 h的强迫资料,用来驱动陆面模式CABLE(Community Atmosphere Biospher...应用CRU(Climate Research Unit)资料和SRB(Surface Radiation Budget)资料对NCEP I(National Center for Environmental Prediction)资料进行订正,生成时间步长为逐6 h的强迫资料,用来驱动陆面模式CABLE(Community Atmosphere Biosphere Land Exchange model)。之后,将逐6 h的模拟结果处理为周平均、旬平均和月平均值,并利用百分位数方法来判断不同时间尺度的干旱特征。并以20012002年河南和2009 2011年贵州安顺两地的典型干旱事件为例,通过与观测资料、K指数和CI指数比较,检验模式模拟干旱的能力。结果表明,模式对典型干旱事件具有较好的监测能力,能够有效反映典型干旱事件的发展过程和干旱严重程度。但是,模式监测的土壤湿度旱情滞后于表征气象干旱的K指数和CI指数。同时,由于模式和强迫资料空间分辨率的影响,对于较小区域干旱事件判别能力有待提高。展开更多
利用东北地区地面102站56a（1951～2006年）逐日气象观测资料，驱动NCAR陆面模式CLM3．5，模拟东北地区生长季地表水分盈余量（Surface Water Surplus，SWS），探讨和分析了东北地区生长季1951～2006年地表干湿状况的时空变化规律。结...利用东北地区地面102站56a（1951～2006年）逐日气象观测资料，驱动NCAR陆面模式CLM3．5，模拟东北地区生长季地表水分盈余量（Surface Water Surplus，SWS），探讨和分析了东北地区生长季1951～2006年地表干湿状况的时空变化规律。结果表明：1971～2000年平均东北地区生长季SWS反映的地表干湿状况具有较大的地域差异，全区SWS为100～800mm；中、西部为SWS低值区，属半干旱、半湿润区；东、南、北部为相对高值区，属湿润、半湿润区。生长季地表干湿状况存在显著的年际、年代际变化；56a来，东北地区生长季SWS呈线性减少趋势，即地表变干，SWS空间分布的年代际变化，同样表现为变干趋势，尤其2000～2006年是地表变干最为显著的时期，表明在全球变暖背景下东北地区地表干旱化趋势增强。分析表明地表干湿状况是下垫面与气候变化共同作用的结果，研究地表干湿状况需要综合考虑水分收支项。展开更多
将BATS1e(Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme version 1e)陆面模式与p-σ九层区域气候模式(PσRCM9)进行耦合,发展了一个包含有更复杂陆-气相互作用的区域气候模式(BATS1e-PσRCM9)。通过对东亚地区1月和7月气候平均场和1991年江淮...将BATS1e(Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme version 1e)陆面模式与p-σ九层区域气候模式(PσRCM9)进行耦合,发展了一个包含有更复杂陆-气相互作用的区域气候模式(BATS1e-PσRCM9)。通过对东亚地区1月和7月气候平均场和1991年江淮流域梅雨期间三次强降水过程的数值模拟,考察了BATS1e陆面模式对PσRCM9模式模拟性能的影响。数值试验结果表明,BATS1e-PσRCM9模式对东亚区域冬、夏季气候平均场的模拟能力有明显提高,且对近地层和对流层低层各气象要素场模拟效果的改善比对流层中高层更加明显。与PσRCM9模式的模拟结果相比,BATS1e-PσRCM9模式对中国东南部地区降水的模拟与观测更为一致,并且对江淮流域梅雨期间的强降水过程也有较好的模拟能力。由于BATS1e-PσRCM9模式改进了地气之间动量、热量和水汽通量交换的计算,更好地描述了陆地下垫面与大气之间的相互作用,从而改善了模式对近地层各气象要素场的模拟。因此,通过耦合BATS1e陆面模式能较明显地提高PσRCM9模式模拟东亚区域短期气候变化的能力,这为区域气候模式的进一步发展奠定了基础。展开更多
使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式（Common Land Model，CoLM）模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都...使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式（Common Land Model，CoLM）模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都比较敏感，而地表水文过程只对土壤质地敏感。土壤亮度相同时，相对砂性土壤，粘土含量高的土壤保水性强，土壤湿度、地表蒸发和径流量都比较大（月均最大差值：土壤湿度约为5kg·m^-2，地表蒸发和径流量约为年降水量的7％和1．2％），相应地在热通量分配上存在明显差异（月均最大差值为8W·m^-2）；土壤质地相同，亮度由亮变暗时，潜热通量变化很小，地表温度略有升高，而感热通量和净辐射增加显著（月均摄大差值为7W·m^-2）。土壤质地和亮度对模拟的影响主要存在于降水少、植被覆盖度低的3～5月。展开更多
针对城市冠层模式(Urban Canopy Model,UCM)的各种局限性,本文首次提出整体城市陆面模式(Bulk Urbanized Land Surface Model,BULSM)的概念,即在现有先进的陆面模式的基础上直接构建城市陆面模式。本文在通用陆面模式(Common Land Model...针对城市冠层模式(Urban Canopy Model,UCM)的各种局限性,本文首次提出整体城市陆面模式(Bulk Urbanized Land Surface Model,BULSM)的概念,即在现有先进的陆面模式的基础上直接构建城市陆面模式。本文在通用陆面模式(Common Land Model,CoLM)基础上构建整体城市陆面模式,根据城市的特点对CoLM进行了发展和重新参数化。模式采用高分辨率地表分类数据;改进了模式的地表能量平衡方程与水分平衡方程;对反照率、城市地表粗糙度、城市大气廓线、城市人为热、不透水面水分蒸发及积水深度等进行了重新参数化。模式保留了CoLM在自然下垫面的全部特性,加强了CoLM在城市或人为下垫面的模拟和预报能力。区域验证以及与CoLM对比结果表明整体城市陆面模式模拟结果能够显示出北京城区各参数的空间精细化分布情况,能够反映出地表分类对模拟结果的影响。单站点验证以及与CoLM和高分辨率城市陆面同化系统(u-HRLDAS)对比结果表明整体城市陆面模式地表温度模拟结果与CoLM相比有很大提高;和u-HRLDAS相比大部分站点地表温度模拟结果也有一定的改进。展开更多
数据质量问题和模式参数化方案的非完备性是陆面模拟中不确定性的主要来源。本文将高斯误差传播原理(Gaussian Error Propagation,GEP)应用于通用陆面模式(the Common Land Model,CoLM),研究关键的植被和土壤属性参数随机误差在模式中...数据质量问题和模式参数化方案的非完备性是陆面模拟中不确定性的主要来源。本文将高斯误差传播原理(Gaussian Error Propagation,GEP)应用于通用陆面模式(the Common Land Model,CoLM),研究关键的植被和土壤属性参数随机误差在模式中的传播,确定由此类误差导致的CoLM模拟的不确定性。结果表明:(1)基于本研究给定的土壤和植被参数的不确定性,CoLM模拟的表层土壤温度、土壤湿度和植被蒸散通量(植冠蒸腾+地表蒸发)的相对误差分别为0.11%、34.07%和5.58%;砂土和稀疏森林上模拟效果最差。土壤参数随机误差对CoLM模拟的影响高于植被参数,而土壤水文参数(孔隙率、饱和基质势、气孔尺寸分布指数和饱和导水率)对各模拟量不确定性的贡献率均远大于热力参数(饱和反照率和热容)。对于本研究涉及的所有模拟变量而言,最关键的参数均是气孔尺寸分布指数b,这可能与描述基质势与体积水含量关系的函数有关,其次重要的是砂土的孔隙度和粘土的饱和导水率。混交森林上的根深分布和苔原上的动力学粗糙度对蒸散通量贡献显著。本身相对误差大的经验参数对CoLM模拟不确定性的贡献不一定多。(2)干燥条件下(表层液态水饱和度小于0.1)土壤温度的不确定性大;相变发生时刻附近(表层土壤温度在0℃附近且表层液态水含量大于0)土壤湿度不确定性显著;蒸散通量的不确定性随本身绝对值的增大而增大,在相对温暖干燥环境中(表层土壤温度高于280K且表层液态水饱和度小于0.3)其不确定性最高。研究证实,GEP能够辨识CoLM中需优先提高观测精度的关键参数和关键参数化过程,对陆面模拟的参数选定、不确定性评估和模式完善具有重要意义。展开更多
本文将四个常见陆面模式CLM3.5(Community Land Model Version 3.5)、Noah_LSM(The Noah Land Surface Model)、VIC(Variable Infiltration Capacity)以及SSiB(The Simplified Simple Biosphere Model)中土壤湿度影响蒸散的参数化方案...本文将四个常见陆面模式CLM3.5(Community Land Model Version 3.5)、Noah_LSM(The Noah Land Surface Model)、VIC(Variable Infiltration Capacity)以及SSiB(The Simplified Simple Biosphere Model)中土壤湿度影响蒸散的参数化方案进行简化,并利用实验观测资料对不同参数化方案进行评估,探究不同陆面模式对土壤湿度与蒸散关系的模拟差异,从而为提高模式的模拟能力提供依据。结果表明,(1)CLM与SSiB中计算土壤湿度影响裸土蒸发的参数化方案较Noah_LSM和VIC更接近真实的物理过程,同时CLM与SSiB模式中土壤湿度对蒸发的影响程度较Noah_LSM和VIC大;而对于下垫面有植被条件下的蒸散而言,CLM中包含了植被光合作用、呼吸作用等生物物理学过程,与实际情况更为接近,并且CLM与SSiB中土壤湿度对植被蒸散的影响程度大于VIC,Noah_LSM最低;(2)根据干旱区、半干旱区、半湿润区以及湿润区各站点的分析可知,CLM、SSiB与Noah_LSM中土壤湿度影响蒸散的参数化方案的拟合效果较VIC好,同时在部分站点CLM与SSiB的参数化方案稍优于Noah_LSM。区域之间比较说明,四个模式对干旱半干旱区的模拟效果明显较半湿润区和湿润区好。展开更多
文摘应用CRU(Climate Research Unit)资料和SRB(Surface Radiation Budget)资料对NCEP I(National Center for Environmental Prediction)资料进行订正,生成时间步长为逐6 h的强迫资料,用来驱动陆面模式CABLE(Community Atmosphere Biosphere Land Exchange model)。之后,将逐6 h的模拟结果处理为周平均、旬平均和月平均值,并利用百分位数方法来判断不同时间尺度的干旱特征。并以20012002年河南和2009 2011年贵州安顺两地的典型干旱事件为例,通过与观测资料、K指数和CI指数比较,检验模式模拟干旱的能力。结果表明,模式对典型干旱事件具有较好的监测能力,能够有效反映典型干旱事件的发展过程和干旱严重程度。但是,模式监测的土壤湿度旱情滞后于表征气象干旱的K指数和CI指数。同时,由于模式和强迫资料空间分辨率的影响,对于较小区域干旱事件判别能力有待提高。
文摘利用东北地区地面102站56a（1951～2006年）逐日气象观测资料，驱动NCAR陆面模式CLM3．5，模拟东北地区生长季地表水分盈余量（Surface Water Surplus，SWS），探讨和分析了东北地区生长季1951～2006年地表干湿状况的时空变化规律。结果表明：1971～2000年平均东北地区生长季SWS反映的地表干湿状况具有较大的地域差异，全区SWS为100～800mm；中、西部为SWS低值区，属半干旱、半湿润区；东、南、北部为相对高值区，属湿润、半湿润区。生长季地表干湿状况存在显著的年际、年代际变化；56a来，东北地区生长季SWS呈线性减少趋势，即地表变干，SWS空间分布的年代际变化，同样表现为变干趋势，尤其2000～2006年是地表变干最为显著的时期，表明在全球变暖背景下东北地区地表干旱化趋势增强。分析表明地表干湿状况是下垫面与气候变化共同作用的结果，研究地表干湿状况需要综合考虑水分收支项。
文摘将BATS1e(Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme version 1e)陆面模式与p-σ九层区域气候模式(PσRCM9)进行耦合,发展了一个包含有更复杂陆-气相互作用的区域气候模式(BATS1e-PσRCM9)。通过对东亚地区1月和7月气候平均场和1991年江淮流域梅雨期间三次强降水过程的数值模拟,考察了BATS1e陆面模式对PσRCM9模式模拟性能的影响。数值试验结果表明,BATS1e-PσRCM9模式对东亚区域冬、夏季气候平均场的模拟能力有明显提高,且对近地层和对流层低层各气象要素场模拟效果的改善比对流层中高层更加明显。与PσRCM9模式的模拟结果相比,BATS1e-PσRCM9模式对中国东南部地区降水的模拟与观测更为一致,并且对江淮流域梅雨期间的强降水过程也有较好的模拟能力。由于BATS1e-PσRCM9模式改进了地气之间动量、热量和水汽通量交换的计算,更好地描述了陆地下垫面与大气之间的相互作用,从而改善了模式对近地层各气象要素场的模拟。因此,通过耦合BATS1e陆面模式能较明显地提高PσRCM9模式模拟东亚区域短期气候变化的能力,这为区域气候模式的进一步发展奠定了基础。
文摘使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式（Common Land Model，CoLM）模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都比较敏感，而地表水文过程只对土壤质地敏感。土壤亮度相同时，相对砂性土壤，粘土含量高的土壤保水性强，土壤湿度、地表蒸发和径流量都比较大（月均最大差值：土壤湿度约为5kg·m^-2，地表蒸发和径流量约为年降水量的7％和1．2％），相应地在热通量分配上存在明显差异（月均最大差值为8W·m^-2）；土壤质地相同，亮度由亮变暗时，潜热通量变化很小，地表温度略有升高，而感热通量和净辐射增加显著（月均摄大差值为7W·m^-2）。土壤质地和亮度对模拟的影响主要存在于降水少、植被覆盖度低的3～5月。
文摘针对城市冠层模式(Urban Canopy Model,UCM)的各种局限性,本文首次提出整体城市陆面模式(Bulk Urbanized Land Surface Model,BULSM)的概念,即在现有先进的陆面模式的基础上直接构建城市陆面模式。本文在通用陆面模式(Common Land Model,CoLM)基础上构建整体城市陆面模式,根据城市的特点对CoLM进行了发展和重新参数化。模式采用高分辨率地表分类数据;改进了模式的地表能量平衡方程与水分平衡方程;对反照率、城市地表粗糙度、城市大气廓线、城市人为热、不透水面水分蒸发及积水深度等进行了重新参数化。模式保留了CoLM在自然下垫面的全部特性,加强了CoLM在城市或人为下垫面的模拟和预报能力。区域验证以及与CoLM对比结果表明整体城市陆面模式模拟结果能够显示出北京城区各参数的空间精细化分布情况,能够反映出地表分类对模拟结果的影响。单站点验证以及与CoLM和高分辨率城市陆面同化系统(u-HRLDAS)对比结果表明整体城市陆面模式地表温度模拟结果与CoLM相比有很大提高;和u-HRLDAS相比大部分站点地表温度模拟结果也有一定的改进。
文摘数据质量问题和模式参数化方案的非完备性是陆面模拟中不确定性的主要来源。本文将高斯误差传播原理(Gaussian Error Propagation,GEP)应用于通用陆面模式(the Common Land Model,CoLM),研究关键的植被和土壤属性参数随机误差在模式中的传播,确定由此类误差导致的CoLM模拟的不确定性。结果表明:(1)基于本研究给定的土壤和植被参数的不确定性,CoLM模拟的表层土壤温度、土壤湿度和植被蒸散通量(植冠蒸腾+地表蒸发)的相对误差分别为0.11%、34.07%和5.58%;砂土和稀疏森林上模拟效果最差。土壤参数随机误差对CoLM模拟的影响高于植被参数,而土壤水文参数(孔隙率、饱和基质势、气孔尺寸分布指数和饱和导水率)对各模拟量不确定性的贡献率均远大于热力参数(饱和反照率和热容)。对于本研究涉及的所有模拟变量而言,最关键的参数均是气孔尺寸分布指数b,这可能与描述基质势与体积水含量关系的函数有关,其次重要的是砂土的孔隙度和粘土的饱和导水率。混交森林上的根深分布和苔原上的动力学粗糙度对蒸散通量贡献显著。本身相对误差大的经验参数对CoLM模拟不确定性的贡献不一定多。(2)干燥条件下(表层液态水饱和度小于0.1)土壤温度的不确定性大;相变发生时刻附近(表层土壤温度在0℃附近且表层液态水含量大于0)土壤湿度不确定性显著;蒸散通量的不确定性随本身绝对值的增大而增大,在相对温暖干燥环境中(表层土壤温度高于280K且表层液态水饱和度小于0.3)其不确定性最高。研究证实,GEP能够辨识CoLM中需优先提高观测精度的关键参数和关键参数化过程,对陆面模拟的参数选定、不确定性评估和模式完善具有重要意义。
文摘本文将四个常见陆面模式CLM3.5(Community Land Model Version 3.5)、Noah_LSM(The Noah Land Surface Model)、VIC(Variable Infiltration Capacity)以及SSiB(The Simplified Simple Biosphere Model)中土壤湿度影响蒸散的参数化方案进行简化,并利用实验观测资料对不同参数化方案进行评估,探究不同陆面模式对土壤湿度与蒸散关系的模拟差异,从而为提高模式的模拟能力提供依据。结果表明,(1)CLM与SSiB中计算土壤湿度影响裸土蒸发的参数化方案较Noah_LSM和VIC更接近真实的物理过程,同时CLM与SSiB模式中土壤湿度对蒸发的影响程度较Noah_LSM和VIC大;而对于下垫面有植被条件下的蒸散而言,CLM中包含了植被光合作用、呼吸作用等生物物理学过程,与实际情况更为接近,并且CLM与SSiB中土壤湿度对植被蒸散的影响程度大于VIC,Noah_LSM最低;(2)根据干旱区、半干旱区、半湿润区以及湿润区各站点的分析可知,CLM、SSiB与Noah_LSM中土壤湿度影响蒸散的参数化方案的拟合效果较VIC好,同时在部分站点CLM与SSiB的参数化方案稍优于Noah_LSM。区域之间比较说明,四个模式对干旱半干旱区的模拟效果明显较半湿润区和湿润区好。
