陆面模式Noah-MP中不同参数化方案在西北干旱半干旱区的适用性

发布时间：2020-04-11 05:37

【摘要】：陆面为大气运动提供下边界条件,是连接大气与气候系统中其他各圈层相互作用的重要途径,陆面过程模拟的好坏直接关系着气候预测和中长期天气预报的准确度。近年来,陆面观测试验在不同下垫面开展,获取了大量的观测数据,极大地促进了陆面过程的研究和陆面模式的发展。虽然目前已发展了许多复杂程度不同的陆面模式,但不同模式的模拟能力在不同区域差别很大。我国西北干旱半干旱区陆面过程特征的观测和资料分析研究较多,但是不同参数化方案在干旱半干旱区的适用性研究开展较少,针对此种情况,本文借助具有多种可选参数化方案的陆面模式Noah-MP,利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)和干旱区黑河生态水文遥感试验戈壁站的观测资料,开展不同的感热输送系数、植被气孔阻抗和土壤阻抗参数化方案在西北干旱半干旱区的适用性研究。首先采用模式默认的3种参数化方案,即M-O感热输送系数方案、Ball-Berry气孔阻抗方案和SZ09土壤阻抗方案,利用Noah-MP模式对这两个站点的陆面过程进行模拟,通过与观测值进行比较评估模式在这两个站点的模拟能力。模式对干旱和半干旱区土壤湿度和土壤温度具有较好的模拟能力;净辐射通量的模拟值与观测值都非常接近,但是潜热通量与感热通量在干旱和半干旱区的模拟偏差较大。其次,针对模拟过程中出现的地表热通量模拟值偏差较大的问题,分别选用Chen97感热输送系数方案、Jarvis气孔阻抗方案和LP92土壤阻抗方案来代替原有默认方案,对比选用的参数化方案对模拟结果的影响。选用Chen97方案计算感热输送系数可以改善模式在干旱和半干旱区对感热通量的模拟效果;Jarvis气孔阻抗方案能增大半干旱区SACOL站的植被蒸腾,改进潜热通量的模拟效果,同时也使热通量在感热和潜热间分配比例更合理;使用LP92土壤阻抗方案可增加半干旱区SACOL站的土壤蒸发,明显改善潜热通量的模拟效果,但是LP92方案的使用并未改善干旱区戈壁站潜热通量偏小的问题,甚至增大了感热通量的峰值。最后,将选用的3种参数化方案进行不同形式的组合,以期进一步改进模拟性能。组合试验在半干旱区的模拟结果明显优于默认参数化方案的;相比一次只更换一种方案,采用同时更换2组或3组原有参数化方案可以进一步减小模拟的感热和潜热通量的误差,但是土壤湿度和温度的模拟效果并没有同步改善。组合试验在干旱区模拟的潜热通量与默认参数化方案相比变化非常小,感热通量的模拟结果则改进明显,但模拟误差和可预报性均低于单独使用Chen97方案的结果。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P435

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