对陆面过程模型CoLM中关键参数的修正_刘永强.pdfVIP

对陆面过程模型 CoLM 中关键参数的修正 1 2,3 2,3 · （1. 新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046 ；2. 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002 ；3. 塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站，新疆 塔中 841000 ） 摘 要：通过对塔克拉玛干沙漠腹地观测数据的分析和模拟，重新修正了陆面过程模型 CoLM 中的关键参数 值和参数化方案。（1）采用涡动相关数据和Monin-Obukhov 理论，对地表动力学粗糙度重新计算；为提高地 表比辐射率的精度，采用两种不同的方法进行计算和比较；将地表反照率参数值校正为符合年际变化的参数 化方案；重新选择符合沙漠环境的地表热力学粗糙度参数化方案；改变相同的 10 层土壤导热率为不同值。 （2 ）经过参数值的校正与参数化方案的修正，改善了 CoLM 在沙漠地区对地表通量、地表和土壤温度模拟 的缺陷；（3 ）改善后的 CoLM 模拟值与观测值的标准误差小于改善前，但是对不同季节的模拟改善效果存 在差异，总体上冬季的标准误差小于其他季节。 关键词：CoLM 模型；参数；参数化方案；陆面过程；塔克拉玛干沙漠 6 2 我国是受风沙侵蚀灾害比较严重的国家。我国北方有 2.67×10 km 的荒漠化土地，由东向 西分布着 8 大沙漠、4 大沙地及黄土高原和大面积的荒山荒地，这些区域是我国生态与环境极 其脆弱的地区，它对气候变化和人为因素影响的反应十分敏感，也是我国影响范围最广的沙 尘暴多发区。对大范围荒漠化土地进行准确的天气预报，除了需要密度高、质量好的观测数 据外，对大气模式的模拟和预报能力提出了更高的要求。 Dickinson[1]认为，改进和完善陆面过程模式是提高大气模式模拟和预报能力的重要方面。 通过野外观测试验，研究陆面和大气之间的各种物理、化学和生物过程，确定能真实反映陆 －气相互作用的参数值或参数化方案是改进和完善陆面过程模式的重要方法。因此，耦合在 中尺度数值预报模式的陆面过程，对陆－气交互过程的描述能力在数值预报精度中发挥着至 关重要的作用。 已有的陆面过程试验对干旱半干旱区的研究相对不足，而干旱区陆面过程的参数化是大 气数值模式的薄弱环节。虽然，通过黑河和敦煌试验[2-3]，对我国西北干旱区地表陆面过程参 数的确定取得进展，但是，在荒无人迹的塔克拉玛干沙漠地区，由于以前观测资料少，对其 陆面过程规律的认识还相对有限，陆面过程参数也未能很好地确定，甚至部分参数没有任何 观测数据支持。张强等[4]认为，在国际上主要的大气模式中，我国西北干旱区网格点上基本 是用类似区域的陆面过程参数化方案来代替，这也许正是大多数模式对该区域预报不准确的 原因之一。因此，在沙漠下垫面开展陆面过程综合观测试验，通过现场数据校正陆面过程关 键参数值，改进其参数化方案，由此来推动中尺度数值预报模式的预报精度具有非常重要的 科学意义。 本文以新疆塔克拉玛干沙漠腹地流动沙漠为研究区域，开展陆面过程观测和模拟试验， 通过研究沙漠近地面湍流通量的变化特征、地气间的能量交换，分析沙漠陆面过程的关键参 [5] 中已有的地表粗糙度、 数和参数化方案。研究公共陆面模型 CoLM （common land model ） 地表反照率、地表比辐射率和土壤导热率的参数值，或参数化方案在沙漠下垫面的模拟效果 与观测数据之间的差异，重新校正参数值，修正参数化方案，改进并提高 CoLM 在沙漠地区 基金项目：国家自然科学基金）；科技部公益性（气象）科研专项（GYHY201306066 ）； 中国沙漠气象科学研究基金项目（Sqj2009012）。 作者简介：刘永强（1969－），男，博士（后），副教授，主要从事陆面过程参数化与模拟研 究。E-mail: lyqxju@163.com 1