JAMES：基于Noah-MP模式分析研究青藏高原土壤水热过程模拟的敏感性
作者： 发布日期：2023-03-29 浏览：
陆面过程模拟中，土壤水热变量控制地气间的能量和水分交换过程，其准确性对整个模拟起着关键作用。青藏高原气候背景多样、下垫面特征和土壤成分复杂，单一物理过程的参数化方案组合较难提供整个高原较好的模拟效果。此外，不同变量对参数化方案的敏感性存在差异，识别敏感的参数化方案有助于改进模拟结果的准确性，提高对模拟机理的认识。为此，中科院青藏高原所地气作用与气候效应团队运用目前国内外广泛使用的Noah-MP陆面模式及其多参数化方案选项框架，对比了不同类型物理过程参数化方案，综合模拟分析了高原土壤水热过程。
研究人员分析了高原不同区域土壤水热模拟需要的模式平衡（Spin-up）时间，发现该时间受土壤冻融过程影响。通过获取土壤水热变量在不同区域、深度、季节对物理过程参数化方案的敏感性，结合高原冻土、植被分布及气候特征，分析了造成敏感性差异的物理机理。团队进一步结合遥感资料，总结了一套更加适用于高原地气交换模拟的参数化方案组合，精确识别出复杂参数化方案中的关键信息，加深了对青藏高原土壤水热过程的认识，为青藏高原地气间能量和水分交换的精确模拟提供了有效参考。
上述研究成果近日以“Sensitivity Analysis of the Noah-MP Land Surface Model for Soil Hydrothermal Simulations over the Tibetan Plateau”为题，发表在《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》期刊上，我所博士生胡伟为论文第一作者，我所马伟强研究员和美国德克萨斯大学奥斯汀分校杨宗良教授为论文通讯作者。该研究获得第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0103）、国家重点研发计划（2018YFC1505701）等项目资助。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2022MS003136
图1 青藏高原土壤水热模拟的Spin-up时间
（以25厘米深度土壤温度、土壤含水量以及包含液态水和固态冰的土壤湿度为例）。在多年冻土区和较干旱的柴达木盆地需要较长的时间达到模拟的平衡态。
图2 青藏高原土壤水热模拟中敏感的物理过程参数化方案
（以夏季地表和土壤温度为例），图中（a），（b），（c），（d），（e）分别对应地表温度和5厘米、25厘米、70厘米及150厘米深度土壤温度最敏感的参数化方案。图中右侧色标顺序由上至下为变量对不同类型参数化方案的敏感性降序，星号为对敏感性的显著性检验。由图可以看出夏季地表和土壤温度对与能量传输相关的地表拖曳系数（SFC）、土壤温度时间方案（STC）和土壤温度下边界条件（TBOT）以及与植被相关的动态植被（DVEG）和冠层气孔阻抗（CRS）方案的敏感性较高，但敏感性存在明显的空间差异。
图3 基于MODIS地表温度数据得到的不同季节适用于高原地表温度模拟的参数化方案选项
（以地表拖曳系数方案为例，其中选项1为Monin-Obukhov相似理论，选项2为Chen97方案）
（来源：http://www.itpcas.cas.cn/new_kycg/new_kyjz/202303/t20230317_6699170.html）
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