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BCC-CSM模式土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案对青藏高原土壤水热输送的模拟研究
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作者 杨发利 杨显玉 吕世华 《高原气象》 北大核心 2025年第3期563-577,共15页
本研究旨在通过采用一种新颖的土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案,以增强对青藏高原土壤水热过程的模拟精度。鉴于该地区独特的地理形态和复杂的气候条件,传统的数值模式在准确模拟方面面临挑战。新方案结合了土壤冻融参数化方案、土... 本研究旨在通过采用一种新颖的土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案,以增强对青藏高原土壤水热过程的模拟精度。鉴于该地区独特的地理形态和复杂的气候条件,传统的数值模式在准确模拟方面面临挑战。新方案结合了土壤冻融参数化方案、土壤砾石参数化方案以及土壤垂直离散化方案,更全面地考虑了青藏高原土壤的特性和地形的复杂性。为验证所提出方案的有效性,本研究采用国家地球系统模式中心的BCC-CSM大气环流模式对集成方案进行了测试和评估。模拟结果显示,通过耦合土壤冻融和砾石参数化方案,土壤水热分布的模拟效果得到了显著提升,尤其是在冬季和土壤深层效果较明显。在此基础上,对土壤分层进行加密(分别增至20层和30层),进一步优化了青藏高原土壤温度和湿度的模拟结果。结果显示,加密至30层的集成方案模拟效果最佳,20层方案次之。该方案显著降低了土壤温度模拟的偏差和均方根误差,尤其在青藏高原中西部,且冬季模拟效果优于夏季。尽管土壤湿度模拟效果不如温度,但加密方案仍一定程度上减少了误差,且浅层土壤模拟效果更佳。土壤分层加密提高了模拟值与我国第一代全球大气和陆面再分析产品(Chinese Atmospheric Reanalysis,简称CRA)之间的相关系数,增强了模拟与观测的一致性,尤其在青藏高原中部和西部。本研究不仅为深入理解青藏高原土壤水热过程的机理和特性提供了新的视角,而且为未来的气候模拟和预测工作提供了关键的方法论和技术支持。此外,本研究提出的集成方案对于其他高原地区土壤水热过程的模拟也具有参考价值,并有望在更广泛的领域得到应用和推广。 展开更多
关键词 青藏高原 土壤水热 模式土壤分层 冻融砾石参数化 BCC-CSM模式
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不同土壤分层方案对土壤冻融过程的影响研究
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作者 刘子莎 吕世华 包逸群 《高原气象》 北大核心 2025年第3期578-590,共13页
本文利用BCC_AVIM陆面模式,结合土壤加密观测资料,评估不同土壤分层方案对土壤温、湿度的模拟效果,结果表明加密方案的模拟效果最佳。在BCC_AVIM陆面模式中定义土壤层次为10层,将每个相邻的节点深度进行线性插值,得到一个新的20层方案,... 本文利用BCC_AVIM陆面模式,结合土壤加密观测资料,评估不同土壤分层方案对土壤温、湿度的模拟效果,结果表明加密方案的模拟效果最佳。在BCC_AVIM陆面模式中定义土壤层次为10层,将每个相邻的节点深度进行线性插值,得到一个新的20层方案,在本文中称为加密方案;参考模式CLM5.0中的土壤分层方案,同时应用到BCC_AVIM陆面模式中,土壤层次也为20层,在本文称为CLM5.0方案。将改进前后土壤分层方案的模拟结果与加密观测数据对比分析发现:(1)加密观测资料与原观测资料对于整个垂直层次上的土壤温、湿度的变化趋势都能较好地反映,但对于土壤冻结期而言,加密观测资料对于浅层土壤的温度变化与深层土壤的湿度变化刻画更为细致。(2)对于冻结期土壤温、湿度而言,加密方案、CLM5.0方案相比于原方案的模拟效果均有所提升。其中加密方案与实测数据温、湿度的数值大小、振幅变化最为接近。同时,加密方案对土壤浅中层发生冻结的时间判定更为合理。(3)对于消融期土壤温、湿度而言,加密方案、CLM5.0方案相比于原方案的模拟效果均有所改善。在土壤浅中层进入消融状态之后,加密方案对土壤温、湿度的模拟与实测数据在数值大小与变化趋势上更为接近。 展开更多
关键词 土壤分层 土壤温湿度 冻融过程 BCC_AVIM模式
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CLM5.0模式加密土壤分层方案对黄河源区玛多站土壤温湿度的模拟
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作者 包逸群 吕世华 刘子莎 《高原气象》 北大核心 2025年第3期591-603,共13页
黄河源是黄河流域重要的水源涵养区,研究不同土壤分层对冻融过程模拟结果的影响,提高模式对水热输送过程的模拟能力,对高寒地区冻融过程的研究有着重要意义。本文利用黄河源区玛多站的观测数据作为强迫场驱动陆面模式CLM5.0(Community L... 黄河源是黄河流域重要的水源涵养区,研究不同土壤分层对冻融过程模拟结果的影响,提高模式对水热输送过程的模拟能力,对高寒地区冻融过程的研究有着重要意义。本文利用黄河源区玛多站的观测数据作为强迫场驱动陆面模式CLM5.0(Community Land Model)在玛多站进行模拟,使用CLM5.0改进后的三种土壤分层方案,模拟不同土壤分层对土壤冻融过程的影响,对比模拟结果与观测资料,分析改进后分层方案对陆面模式CLM5.0在黄河源区冻融过程中对土壤温湿度模拟能力的提升效果,得出以下结论:(1)调整后的三种土壤分层方案对玛多站土壤温度的模拟效果有了较好的提升,三种方案中30层方案的模拟效果最好,模拟值与观测值的平均相关系数达到了0.954,平均均方根误差为3.334℃;(2)调整后的三种土壤分层方案对玛多站土壤湿度的模拟效果也有了较为明显的提升,能够准确地捕捉各层土壤湿度在一整年内的季节性变化,受到降水影响,模拟值与实测值的波谷模拟还有偏差,三种方案中30层方案的模拟效果最好,平均相关系数为0.770,平均均方根误差为0.039 m^(3)·m^(-3);(3)对于冻结初日与消融初日的模拟,调整后的三种不同土壤分层对于冻结期与消融期模拟有明显影响,浅层模拟的冻结初始日和消融初始日均与观测值相符,而在深层对于冻结初始日和消融初始日的模拟有些偏差,较观测值有延迟,消融期也更为持久。 展开更多
关键词 CLM5.0陆面模式 土壤分层 土壤温度 土壤湿度 数值模拟
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