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BCC_AVIM模式不同土壤垂直离散化方案对土壤水热输送的数值模拟被引量:1
2024年
模式中的土壤如何分层至关重要,一般情况下认为在受大气—地影响较大的土壤表层应该细分,土壤越往深层,土壤层厚度的分层可以相应加大。已有研究表明:在不同天气和气候积分条件下,土壤厚度在根带以下,其对模拟结果有不同的影响。这表示根据不同的研究要求,应当改变土壤的分层方式。然而什么是模式中的最优土壤分层方式仍不确定。因此本文主要利用BCC_AVIM模式探究不同土壤垂直离散化方案对于土壤水热属性,表辐射通量与感热、潜热通量模拟的敏感性,从而达到提升模式模拟效果的目的。BCC_AVIM模式中原土壤分层方案为10层,将土壤各层的节点深度,土壤层厚度以及土壤各层的界深度进行插值,由原来的10层土壤层插值到20层,在本文中称为方案一;参考模式CLM5.0中的土壤垂直离散化方案并改进到BCC_AVIM模式中,原土壤层次也由10层增加到20层,为本文的方案二。将改进后的方案一和方案二与原方案结果对比分析发现:(1)方案一和方案二对土壤温度的模拟与实测数据更吻合,对于各层土壤温度的数值大小与变化趋势的模拟效果有所提升,其中方案一对浅层土壤温度的模拟效果更好。(2)在土壤湿度的模拟上,三种方案对浅层土壤湿度的模拟效果较好,对深层土壤湿度的模拟效果相对较差,其中方案一对土壤各层湿度曲线变化趋势与数值大小的模拟更加贴近实测数据。(3)方案一对土壤各层是否发生冻结或消融的时间判定更合理,更加接近实测数据。整体上,方案一的模拟效果最佳。由此,得出结论:方案一相较于原方案对土壤温、湿度的模拟效果有所改善,这表明在同样的土壤深度下,更密集更细致的土壤分层有利于提升模式对土壤水热输送的模拟能力。同时,方案一的模拟效果总体优于方案二,这也表明,在相同的土壤层次
刘子莎吕世华胥朋飞包逸群游辉奇杨凡
关键词:土壤水热
东疆黑戈壁过程参数及模式离线模拟
2024年
新疆东部黑戈壁气候恶劣、人迹罕至,是具有黑色砾石下垫的生态脆弱区。利用东疆哈密戈壁气相互作用站2018年全年观测资料,给出该戈壁地表动力学与热力学粗糙度、比辐射率和地表反照率等过程特征参数,并将这些参数代入Noah模式对该戈壁热通量、地表温度及土壤温湿度进行模拟。结果表明:(1)东疆黑戈壁下垫动力学粗糙度为1.13×10^(-3) m,热力学粗糙度为0.32×10^(-3) m,比辐射率为0.905。(2)地表反照率日变化呈早晚高、中午低的“U”型曲线。12月因地积雪反照率最高,年内极大值出现在12月8日,为0.79,年均反照率为0.29。(3)将改进后的过程参数代入Noah模式,大大提高了模式在戈壁区域的模拟能力。
买买提艾力·买买提依明阿吉古丽·沙依提王豫高佳程刘军建琚陈相
关键词:地表粗糙度地表反照率
气候变化背景下模式研究进展及不足——青藏高原的水文、植被和土壤模拟被引量:2
2024年
气候变暖背景下,全球气候系统各圈层发生了复杂的响应和反馈。作为气候系统重要组成部分的地表是地气水热交换、地球化学要素传输、水文过程产生和植被生长的界,受气候变化影响显著。气候变化不仅直接影响水文过程,还可以通过影响植被的结构和生理特征,间接影响水文过程。模式是研究气候变化影响和反馈的主要工具。全球描述气界物质和能量交换过程的模式主要有3类:全球过程模式、全球水文模式和全球动态植被模式。3种模式针对不同的科学问题,各有其侧重点,之间的差异较大。从20世纪90年代开始至今的许多模式比较计划不断指出模式的不足及其原因,从而促进了模式的不断发展。然而模式依然存在很多不足,有待进一步提高和发展。如目前的水文模式普遍缺乏动态植被过程,无法准确模拟和预测长期气候变化导致的植被变化对水文过程的影响,累及极端水文事件的模拟和未来水资源的预估。水文过程模型耦合动态植被过程是水文学研究的前沿领域。作为亚洲水塔的青藏高原气候变化显著,冰冻圈要素不仅包括冰川、积雪和冻土退缩,而且植被生长趋好、变绿。因此,在青藏高原气候变化对水文过程的影响研究中,更应考虑气候变化导致的植被变化的水文效应。此外,模式对青藏高原土壤结构内部的水热交换过程描述不足。为进一步提高模式在青藏高原的模拟能力,今后需加强对青藏高原土壤质地观测和数据搜集整理,以及对土壤冻融阶段的水热物理过程的观测,提高对过程和机理的认识,并将有关的认识体现在模式中。
兰措
关键词:气候变化植被变化陆面模式青藏高原
CLM5.0模式不同土壤分层方案对黄河源区玛多站土壤温湿的数值模拟
2024年
选取2015年6月—2018年8月玛多站观测资料作为驱动CLM5.0(Community Land Model)模式的强迫场数据,应用CLM5.0模式中不同土壤分层方案,对这一时段玛多站土壤温湿变化特征进行模拟,并检验了模拟效果。结果表明:(1)对于土壤温度,CLM5.0模式的4种土壤分层方案均能很好地模拟出一年中玛多站不同深度土壤温度的季节变化趋势,浅层土壤温度模拟值与观测值相关性更高,深层土壤温度模拟值的变化幅度相对较小且曲线较光滑。4种分层方案中,20层方案对土壤温度的模拟效果最好,平均相关系数为0.942。(2)对于土壤湿度,4种土壤分层方案均能较好地模拟出各层土壤湿度的季节变化和日变化趋势,但较观测值都有不同程度的偏差。20层方案对土壤湿度的模拟效果更好,平均相关系数为0.730。
包逸群吕世华刘子莎游辉奇杨凡
关键词:土壤温度数值模拟
Noah-MP模式对干旱区不同下垫水热通量模拟评估
2024年
基于干旱区张掖国家气候观象台2021年1月-2022年6月和大满灌区绿洲农田站2020年1-12月的观测数据,评估Noah-MP模式对干旱区荒漠和农田两种下垫的水热通量的模拟性能。结果表明:Noah-MP模式模拟的干旱区荒漠下垫辐射与观测值的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.93。感热的泰勒评分(0.809)>潜热的泰勒评分(0.504),对辐射及湍流通量的变化特征、峰谷值与观测值总体一致,模拟效果较好。模拟的5 cm土壤湿度对降水过程有明显的响应,表现出明显的冷暖季差异,但其模拟性能仍有待改进。Noah-MP模式模拟的干旱区农田下垫辐射通量及各层土壤温度的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.58,模拟效果较理想。但模拟的潜热通量及各层土壤湿度较观测值偏低,尤其在生长季模拟性能不理想。Noah-MP模式对干旱区荒漠下垫水热通量的模拟性能优于农田下垫,优化和发展模式水文过程的参数化方案,在模式中考虑人为作用,是提高干旱区过程模式模拟能力的重要方向。
杨扬杨启东
关键词:干旱区水热通量
基于改进模式的风光水资源要素的模拟方法及装置
本申请公开了一种基于改进模式的风光水资源要素的模拟方法及装置。其中,该方法包括:将Fitch方案融入Noah‑MP模式,进行产流参数化方案优选,以得到优化的过程模型;确定每个集水区所对应的模式网格,以及确...
杨恒梁犁丽刘志武吕振豫董义阳翟然李梦杰
Estimates of net primary productivity and actual evapotranspiration over the Tibetan Plateau from the Community Land Model version 4.5 with four atmospheric forcing datasets
2024年
The accuracy of the simulation of carbon and water processes largely relies on the selection of atmospheric forcing datasets when driving land surface models(LSM).Particularly in high-altitude regions,choosing appropriate atmospheric forcing datasets can effectively reduce uncertainties in the LSM simulations.Therefore,this study conducted four offline LSM simulations over the Tibetan Plateau(TP)using the Community Land Model version 4.5(CLM4.5)driven by four state-of-the-art atmospheric forcing datasets.The performances of CRUNCEP(CLM4.5 model default)and three other reanalysis-based atmospheric forcing datasets(i.e.ITPCAS,GSWP3 and WFDEI)in simulating the net primary productivity(NPP)and actual evapotranspiration(ET)were evaluated based on in situ and gridded reference datasets.Compared with in situ observations,simulated results exhibited determination coefficients(R2)ranging from 0.58 to 0.84 and 0.59 to 0.87 for observed NPP and ET,respectively,among which GSWP3 and ITPCAS showed superior performance.At the plateau level,CRUNCEP-based simulations displayed the largest bias compared with the reference NPP and ET.GSWP3-based simulations demonstrated the best performance when comprehensively considering both the magnitudes and change trends of TP-averaged NPP and ET.The simulated ET increase over the TP during 1982-2010 based on ITPCAS was significantly greater than in the other three simulations and reference ET,suggesting that ITPCAS may not be appropriate for studying long-term ET changes over the TP.These results suggest that GSWP3 is recommended for driving CLM4.5 in conducting long-term carbon and water processes simulations over the TP.This study contributes to enhancing the accuracy of LSM in water-carbon simulations over alpine regions.
Shan LinKewei HuangXiangyang SunChunlin SongJuying SunShouqin SunGenxu WangZhaoyong Hu
Noah-MP模式在东疆黑戈壁的适用性
2023年
新疆东部黑戈壁作为气候恶劣、人迹罕至及黑色砾石下垫的生态脆弱区,过程参数化方案不易确定。利用东疆哈密戈壁气相互作用站观测数据集,开展Noah-MP模式离线模拟试验,找出适合戈壁区域的最佳参数化方案组合,给出了土壤湿度对戈壁区域气热交换的影响。结果表明:(1)针对感热通量(H)、净辐射通量(R0)和土壤地表温度(T0)均表现为第二种组合方案的模拟误差(MB)最小,其中MBH=18.28 W·m^(-2),MBR0=14.92 W·m^(-2),MBT0=-1.19℃,模式效率(NSE)最高NSEH=0.74,NSER0=0.98,NSET0=0.96。针对潜热通量(LE)表现为第一种组合方案模拟效果最佳,其中MB为7.10 W·m^(-2),NSE为-0.57。(2)模式针对土壤湿度的模拟效果均不好,模式预报土壤湿度偏干,第七种组合方案的模式效率指数较高,为0.278。(3)针对土壤10 cm温度,第一种组合方案虽预报效率指数最高,为0.7,但误差较大,达1.23℃,第二种组合方案误差最小,为0.45℃。第二种组合方案在东疆黑戈壁地区的普适性最高。(4)Noah-MP在RMAPS-CA系统中在线耦合后,2 m温度的预报效果整体优于离线Noah模式
阿吉古丽·沙依提阿吉古丽·沙依提买买提艾力·买买提依明买买提艾力·买买提依明刘军建琚陈相杨帆
Noah-MP模式在华北区域数值预报应用的个例分析
2023年
目前华北区域实际应用的快速更新多尺度分析和短期预报系统(RMAPS-ST)耦合的模式是Noah,Noah-MP是在Noah基础上发展的一种多物理过程模式,其在RMAPS-ST中的应用效果值得深入探究。选取晴天、多云、降雪、降雨天气个例,在华北区域展开数值试验及分析,结果表明:(1)Noah-MP模式相较Noah模式在RMAPS-ST中有一定的应用优势,其对风速预报性能的改进比气温、比湿显著;(2)Noah-MP模式的应用对晴天的气温、降雪天气的比湿以及多云天气的风速预报性能改进较显著,其中多云天气风速的预报准确率可提高约50.43%;(3)Noah-MP模式的应用对气温预报性能的改进主要集中在山西中南部、河北中南部以及山东地区,对比湿预报性能的改进主要集中在山西中北部、河北北部,对风速预报性能的改进主要集中在山地附近;(4)Noah-MP模式中冠层辐射传输、径流及地下水物理过程对北京地区比湿、风速的预报结果影响不显著,而湍流输送过程选择Chen97方案、径流及地下水过程选择SIMGM方案对地表能量通量模拟效果较优,且对气温的预报性能较好。
杨佳希孟春雷张亦洲苗世光
动力波方程-模式耦合及在郑州“7·20”暴雨洪水过程的应用研究被引量:1
2023年
采用二维动力波方程改进Noah-MP模式中的径流计算方案,并在原有一维Noah-MP中增加了二维水平格点之间的水分交换,从而研发出新的模式Noah-MP-OF.应用改进后模式对郑州“7·20”特大暴雨洪涝期间的水文过程进行数值模拟.结果表明:新模式能较好地模拟复杂地形下坡流、积水深和土壤湿度的时空演变过程,模拟的积水深度空间分布与高分3号卫星遥感监测的地表积水较为一致;原有的Noah-MP模式模拟的洼地区域坡流流入和汇集不明显,而新方案能够刻画在洼地及郑州市区坡流汇集的特征,且洼地累积坡流流入可超过1 m,土壤湿度平均增加3%,从而更精细地模拟低洼区域坡流汇流造成的积水特征.
黄诚诚赵平苗世光苗世光王迎春王杰
关键词:陆面模式地表径流暴雨洪涝

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师春香
作品数:178被引量:1,320H指数:26
供职机构:国家气象信息中心
研究主题:土壤湿度 降水 陆面模式 卫星 陆面
韩帅
作品数:29被引量:375H指数:12
供职机构:国家气象信息中心
研究主题:陆面模式 数据融合 干旱监测 实况 气温
梁晓
作品数:15被引量:177H指数:8
供职机构:国家气象信息中心
研究主题:陆面模式 MP H- 土壤 区域土壤
刘晓东
作品数:218被引量:2,663H指数:28
供职机构:西安交通大学
研究主题:青藏高原 数值模拟 气候变化 降水 水汽输送
朱智
作品数:19被引量:324H指数:10
供职机构:国家气象信息中心
研究主题:陆面模式 土壤湿度 MP H- 多源数据融合