CLM3.0对中国区域陆面过程的模拟试验及评估

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陆面作为大气的下垫面,其对大气以及气候变化起着非常重要的作用,因此,在气候模式中准确描述陆面过程状况就变得相当重要。中国区域地形复杂,地表植被多样,陆面状况的复杂性必然对陆面过程模式提出较高要求。由于观测试验以及模式发展等方面的不足,现有的陆面过程模型的一些参数化方案并不适合所有下垫面情况,另外很多陆面过程参数的给定有相当的随意性。因此作为发展较为完善的陆面过程模式,检验其在不同地区的模拟性能和适用性是十分必要的。国内外研究中基于陆面模式的单点模拟试验较多,而对于区域模拟试验较少。单点模拟试验的可调性较大,对模式模拟性能的好坏不能够全面客观的反映。   本文利用NCAR的公用陆面模式(Community Land Model3.0,CLM3.0)及普林斯顿大学1948-2001年1×1°、3小时一次的全球大气外强迫场资料,对中国地区1948-2001年的土壤温度、湿度进行了off-line模拟,通过对模拟结果和全国台站观测资料的对比,评估了CLM3.0对中国地区不同层次土壤温度、湿度的模拟能力,并在此基础上初步分析了模式模拟的土壤湿度和土壤温度对不同大气外强迫场的敏感性,为改进模式在中国区域的模拟性能,提供一定的参考,结果表明:   (1)CLM3.0模式能模拟出中国地区多年平均土壤温度的空间分布形,除部分地区模拟比观测偏高外,模式模拟的土壤温度普遍偏低;模式能较好的反映出中国地区土壤温度的年际变化,对4月的模拟稍好于7月。对于划分的8个子区域,东部区域(Ⅲ、Ⅳ区)模拟好于其它各区,除高原一带(Ⅴ、Ⅷ区)外,表层的模拟均好于深层;模式基本能抓住土壤温度的变化趋势,而且模拟出了7月长江流域以南地区土壤温度显著降低这一趋势,但模拟的趋势不如观测的明显。可以看出,模式对于中国区域土壤温度的模拟存在负的系统性偏差,但是整体上来说,模拟的情况较好。   (2)CLM3.0模式基本能揭示土壤湿度的空间分布形,即华北干、东北和东南湿“湿一干”的分布特征,但模拟值较观测值普遍偏高;就年际变化而言,在5个分区中,云贵地区(Ⅴ区)模拟的年际变化与观测的相关性最好,东北区域(Ⅰ、Ⅱ区)次之,东部中纬度区域(Ⅲ,Ⅳ区)模式描述的年际变化较差,全区范围内7月的模拟好于4月;模式对于土壤湿度倾向有一定程度的模拟,基本能模拟出4月Ⅰ区的干化趋势,但模式模拟的变化幅度较之观测值偏小很多,其中以Ⅳ区模式描述的趋势为最差。模式对于土壤湿度的模拟相比土壤温度而言要差很多,且系统偏差以正偏差为主。   (3)全国大范围区域内,模拟的土壤温度对向下短波辐射、向下长波辐射、气温、降水都较敏感,且向下短波辐射、向下长波辐射、气温增加的话,模式模拟的土壤温度值增加,降水增加的话,模拟的土壤温度值则降低;而模式模拟的土壤湿度几乎仅对降水敏感,且降水增加的话,模式模拟的土壤湿度值增加。
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