冻土过程在CM3模式中的气候效应C.pdfVIP

第 23卷 第 2期 高 原 气 象 VoI_23 No．2 2004年 4月 PLATEAU M ETE()ROLOGY April，2004 文章编号 ：1000—0534(2004)02—0192—08 冻土过程在 CCM3模式 中的气候效应 张 宇 ， 吕世华 ， 孙菽芬 (1．中国科学 院 寒 区旱 区环境-q工程研 究所 ．甘肃 兰州 730000；2．中国科学院 大气物理研究所 I．ASG，北京 100029) 摘 要 ：将必威体育精装版发展的冻土过程参数化 案与 NCAR公 气候模式CCM3．6相耦合 ，考察 了冻土过程 在气候模式 中的效应 。模拟结果指 出，模式能够较好地模拟 出北半球 中高纬度和高原地 区的多年冻土 分布，并且对中高纬地 区地面温度及高层大气温度和水汽场 的模拟均有较大的改进 。同时也为研究气 候与冻土相互作用提供了有效的工具 。 关键词 ：冻土过程 ；CCM3；模拟 中图分类号 ：P461 文献标识码 ：A 含冰量高的土壤热容量低，因此间接地影响土壤 向 1 引言 上的热通量 的输送 。所 以在陆面过程模式 中加入冻 现代永久性冻土分布的面积 占全球陆地面积的 土过程参数化 ，并考察其在气候模式 中的气候水文 25 ，若包括季节冻土在 内则要 占到 50 。全球各 效应是必要的。而冻土过程作为陆面过程模式 中的 大洲均有季节冻结发生 。在欧亚大陆 ，系统冻结区 一 个重要分量 ，在陆面过程模式 中耦合冻十过程方 (每年发生)南界一般可到 30。N；在南半球季节冻 案对改进气候模式 的模拟会有所帮助 。 结区面积 比北半球小得多。从多年冻土的分布和形 本文在耦合 了 NCAR 陆面过程模式 (LSM) 成条件来看 ，全球多年冻土 区可分成两大类 ．一是 的公用气候模式 (CCM3)的基础上 ，将 2002年发展 处于高、中纬度 的大陆冻土 区；二是处于 中、低纬 的冻土过程参数化方案 与其相耦合 ．研究了冻土 度的山地和高原冻土区r1]。 过程参数化方案在全球大气环流模式 中的效应及该 近年来 ，全球气候变化与冻土 圈之 间的相互作 方案对模式模拟 的改进 。 用得到有关学者越来越多的关注[～ 。数值模拟也 2 模式介绍 成为研究未来气候变化对冻土分布影响的主要 手 段[5 ]。随着陆面过程模式 的发展 ，冻土过程在陆 2．1 冻土过程参数化方案 面过程模式和气候模式 中的重要性为人们所重视 。 本文 所用 的冻 土过程 参 数 化方 案是 Zhang 这主要是因为 (1)冻结土壤 中所含的冰是土壤水分 等 在 NCARLSM模式的基础上发展 的。针对冻 的另一种存在方式 ，在土壤冻结和融化时会释放或 上过程在气候变化 中的主要作用 ，从 以下几个方面 吸收大量的潜热能量 ，从而影响能量在土壤层 的分 对原陆面过程方案进行 了改进 ：(1)：t壤水分在冻 配；(2)土壤层 中冰 的存在会影响土壤 中液态水 的 结 (融化)过程 中能量 的释放 (吸收)，对土壤 的含冰 迁移 ，同时也会影响地表水 的分配 ；(3)土壤层 中 量进行了显式 的求解 ；(2)用 Johanson(1975)求解 冰的存在改变 了土壤 的物理性质 。由于水的热传导 土壤导热率 的方案取代 了原模 式采用的 Farouki 率为 0．57W ·m K一 ，冰的热传导