| 题名 | 青藏高原陆面过程模拟研究及冻土过程参数化方案效果检验 |
| 作者 | 罗斯琼 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-09 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 吕世华 |
| 关键词 | 青藏高原 陆面过程 公共陆面模式 土壤质地 土壤热传导率参数化方案 土壤液态水 土壤水势 冻土过程参数化方案 |
| 其他题名 | Simulation Analysis on Land Surface Process of the Tibetan Plateau and Validation of a Frozen Soil Parameterization Scheme |
| 学位专业 | 大气物理学与大气环境 |
| 中文摘要 | 陆面过程模式在青藏高原地区的模拟能力，直接影响全球气候模式和数值天气预报模式的性能。本论文选用青藏高原上两个站点的资料，研究了陆面过程模式在青藏高原的模拟性能；发展了适用于青藏高原的热传导率参数化方案及冻土过程参数化方案，并用上述观测资料验证了这两个方案的模拟性能。全文研究工作分为五个方面： （1）使用中日合作研究项目“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验”（GAMP/Tibet，2001－2005）布交（BJ）站2002年6月至2004年4月共680天及中国陆地生态系统研究网络（ChinaFLUX）“玛曲气候与环境综合观测研究站”2005年至2006年冬季共63天的资料作为陆面过程模式的强迫资料，对青藏高原中部的那曲地区及高原东缘的玛曲地区分别进行了单点数值模拟试验。通过对比模拟值与观测值在辐射通量、地表能量、土壤温度和土壤湿度的差异，考察了公共陆面模式（CoLM）在青藏高原的适用性。在观测资料的驱动下，CoLM能较为准确的描述出青藏高原上辐射通量的季节变化及日变化特征；冬季，模式模拟了较多的感热通量和较少的潜热通量，同时模拟了较多的土壤热通量；模拟的土壤湿度总体偏小，尤其是冬季冻结土壤中；CoLM对于土壤冻融过程的描述较为简单，模式忽略了土壤液态水在温度0 ℃以下仍能存在，含冰量模拟偏高；模式模拟的土壤温度与实测值较为一致，但土壤温度的季节变化滞后于实际变化，且冻结土壤中土壤温度日变化比实测值大。模式模拟的土壤热容量偏小，热传导率偏大。 （2）为了揭示青藏高原实际的土壤质地组成，我们课题组于2006年9月沿青藏公路沿线对青藏高原腹地进行了一次土样调查，分16个点实地采得57个土样。土壤采集范围南北约6个纬度，东西约5个经度。通过土壤粒度分析发现：青藏高原上，土壤粗骨性较强，某些地方的土壤中砾石含量较多。对57个土样粒度分析结果按照美国USDA土壤重量百分率分法进行归类，其土壤类型可分为：砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土、粉质壤土、粉质粘壤土、粉土7种类型。其中，主要以砂土、壤质砂土、砂质壤土、粉质壤土这4种类型为主。 （3）针对模式发展需要，利用高原实测的土壤质地资料，在CoLM中Farouki土壤热传导率参数化方案的基础上综合Johansen和Cote的方案，发展了一个适用于青藏高原地区的土壤热传导率参数化方案。新土壤热传导率参数化方案比Farouki方案计算的土壤热传导率小，与Johansen方案计算值较接近。新方案计算冻结及未冻结土壤的热传导率均比与原方案小很多，与热传导率方程的计算值较接近。将新发展的热传导率参数化方案用于CoLM模式中，用BJ站的资料对该方案进行了验证，发现新的土壤热传导率参数化方案对土壤温度模拟的准确性有一定的提高，对原模式模拟的夏季土壤温度加热不足及深层土壤温度变化滞后于实际变化的偏差有一定的改进。 （4）利用复合传感器pF-Meter同步测量的BJ站2006－2007年整个冬季土壤的基质势和土壤温度资料，同时利用时域反射仪TDR测定的土壤液态水含量资料发现：青藏高原土壤水势随着土壤温度及土壤液态水含量的变化而变化，土壤液态水含量与土壤温度保持着动态平衡，随温度的降低液态水减少；冻结土壤中，土壤质地是决定土壤水势的一个重要因素；高原冻结土壤初始含水量较小，土壤冻结后土壤水势迅速降低到平衡水势以下，土壤水势不能单由温度来决定，还和土壤中的初始含水量、液态水含量、土壤质地以及土壤的冻融状态等因素有很大的关系。 （5）利用冻结土壤中的土壤水势定义最大液态水含量，修改了原始CoLM冻土参数化方案，并用BJ站及玛曲站的资料分别对该方案进行验证，发现：修正的冻土参数化方案允许液态水在0 ℃以下存在，土壤液态水的模拟明显提高，模拟值与观测值的偏差、标准差比原模式的小。新模式模拟的含冰量比原模式小。由于土壤液态水及含冰量模拟的提高，土壤温度的模拟结果也比原模式模拟结果更接近于观测值，浅层冻结土壤温度的日变化比原模式模拟结果小，与观测值更为接近；同时新模式对原模式深层土壤温度变化滞后于实际变化的偏差有较大的改进，模拟值与观测值的相关系数明显提高，偏差、标准差及相对标准差都比原模式减小了许多。由于土壤液态水含量的提高，新模式模拟的潜热比原模式模拟结果大，更接近与观测值；土壤热通量比原模式模拟结果小，能量分配更接近观测值。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 132 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21752]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 罗斯琼. 青藏高原陆面过程模拟研究及冻土过程参数化方案效果检验[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2008. |
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