Noah-MP陆面模式在青藏高原中部的模拟与改进

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青藏高原中部下垫面以高寒草甸为主,浅层有机质含量较高,植被根系密集,土壤垂直异质性较强。论文针对陆面模式在该地区季风期土壤表层液态水模拟偏低的问题,利用Noah-MP陆面模式对高原安多站1998年5-9月水热过程进行单点数值模拟试验,初步分析了对安多站夏季土壤温湿模拟影响较大的物理过程,并选出较好的组合方案;评估了Noah-MP在研究站点的模拟性能,并进一步对模式土壤的孔隙度及水热参数进行分层参数化,并加入有机质影响,最后讨论了植被根系对土壤水热输送的影响,通过对比分析得到以下主要结论:  (1)Noah-MP模式中对安多站土壤温度模拟影响较大的物理过程有6个,分别为:植被物理过程(VEG)、地表热交换系数(SFC)、辐射传输过程(RAD)、冠层气孔阻力(CRS)、土壤湿度β因子(BTR)和地下水及径流过程(RUN);并且取VEG=4,即给定月平均叶面积指数,地表植被覆盖取月平均中的最大值;CRS=1,即利用Ball-Berry方案计算冠层气孔阻力;BTR=1,利用土壤湿度计算β因子的Noah方案;RUN=3,即Schaake96方案;SFC=1,M-O方案;RAD=3,地表植被冠层间隙率为1-GVF(地表植被覆盖度)时模拟效果较好。  (2)Noah-MP默认模拟能够较好体现土壤温度的变化特征,且在土壤表层温度的模拟上体现了较好的模拟性能,但是由于Noah-MP默认土柱垂直方向为均质,没有考虑高原草地土壤垂直异质性强的特征,也没有考虑表层植被根系对土壤水力属性的影响,导致表层土壤液态水的模拟存在较大的偏差。地表净辐射、土壤热通量模拟较好,但由于表层液态水模拟的干偏差,导致感热通量和潜热通量模拟存在较大偏差。  (3)分层参数化土壤水热属性并加入有机质影响后,对于整层土壤液态水含量的模拟均有所改善,同时,由于参数化了土壤各层热量属性,底层土壤温度模拟有一定改善。由于表层土壤液态水模拟的干偏差任然存在,导致其感热通量模拟偏大,潜热通量模拟偏小。  (4)考虑根系影响的3个敏感性试验中,Ks-3试验(将表层土壤饱和导水率降低3个量级的试验)的整体效果最能体现研究站点土壤液态水含量的实际状况。因此,以Ks-3试验代表植被根系的影响进行研究。  (5)考虑根系影响后(Ks-3试验),由于表层土壤饱和导水率降低,土壤持水能力增强,5cm土壤液态水模拟效果改善显著,模拟值更接近于观测。浅层5cm及25cm土壤温度在模拟后期出现了冷偏差,但在深层70cm及150cm的模拟效果有一定改善。考虑植被根系影响能较准确模拟浅层水含量,进而能较好地模拟地表蒸散,使得潜热通量和感热通量的模拟有很大改善。
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