不同下垫面水分与能量传输模式_刘和平.pdfVIP

第 23 卷 　第 4 期 大 　气 　科 　学 Vol . 23 ,No . 4 1999 年 7 月 Chinese Journal of At mo sp heric Sciences J uly 　　1999 不同下垫面水分与能量传输模式 刘和平 　　刘树华 　　桑建国 (北京大学地球物理系 ,北京 　10087 1) ( ) 摘 　要 　　首先从简单生物圈模式 Simple Biosp here Model 的物理模型出发 ,对其控制方程 进行了修改 。土壤温度使用求解热传导方程得到 ,土壤湿度使用了水汽扩散方程 、Darcy 的 水流方程同时求解得到 , 目的是使简单生物圈模式既能在有植被下垫面使用 ,又能扩展到考 虑水汽运动的沙漠地区使用 。为了检验修改后的模式能适用于计算不同下垫面的地气之间 水分和能量交换 ,选择了草原 、森林和沙漠三种类型 ,在 4 个不同的实验点得到的资料 ,进行 ( ) 了单点模式 OFF L IN E 检验 。结果表明 ,修改后的简单生物圈模式模式可使用于不同下垫 面地气之间水分和能量交换 ,尤其是解决了沙漠地区水热传输的模拟问题 。 关键词 　　简单生物圈模式 　水流运动 　水汽运动 　下垫面 1 　引言 ( ) 不论是数值天气预报还是气候预报大气环流模式 GCM 都需要确定低层大气的辐 射 、感热 、潜热和动量通量 。 在 GCM 中使用的许多陆面过程模式都在每一网格点内独立确定反照率 、曳力和能 [ 1 ] 量分配特征 ,但实际上在某种植被条件下 ,这几种特征是相互紧密联系在一起的 。植 被叶子的光学特征 、大小 、数量 、几何分布决定了表面的反照率和表面曳力特征 , 同时与植 被的生理参数一起又决定植被对蒸散的控制 。陆面过程参数化的最完善的方式是模拟植 被本身 , 以相互关联的方式去计算反照率 、曳力和地气交换的辐射通量 、感热通量 、潜热通 量和动量通量 ,这些通量进而反馈到位于其上的大气中 ,影响大气环流的发展[ 1 ,2 ] 。 Dickinson 等[3 ] 发展 了一个生物 圈 - 大气 圈传输模式 [Bio sp here Transfer Scheme (BA TS) ] ; Seller s 等[ 1 ] 发展一个简单生物圈模式 [ Simple Bio sp here Model , 以下简称为 SiB ] ,较细致地考虑了植被在地气相互作用中的重要性 。从这两个模式敏感性实验结果 看 ,在 GCM 模式中考虑植被的作用 ,使得地气通量交换的计算更加趋于合理 。在 SiB 模 式中 ,考虑植被作用的主要方法是模拟植被本身的生物物理交换过程 ,让植被本身来确定 它同大气和土壤之间的交换过程[ 1 ,3～7 ] 。 SiB 模式是基于植被下垫面发展起来的生物圈物理过程模式 ,但 由于其土壤水热过 程的局限性 ,不能应用于干旱半干旱地区的水热输送问题[ 8 ] 。本文首先从 SiB 的物理模 ( ) 型出发 ,对 SiB 的控制方程进行了修改 M SiB 。土壤温度使用求解热传导方程得到 ,土 壤湿度使用了水汽扩散方程和 Darcy 的水流方程同时求解得到 , 目的是使 SiB 既能在有 1997 - 08 - 17 收到 ,1998 - 10 - 19 收到再改稿