Page 109 - 《高原气象》2022年第1期

第 41 卷 第 1 期 高 原 气 象 Vol. 41 No. 1
2022 年 2 月 PLATEAU METEOROLOGY February，2022

吴笛，胡泽勇，付春伟，等，2022. 基于 CLM4. 5 的高寒草地辐射收支和水热交换的数值模拟研究［J］. 高原气象，41
（1）：107-121. WU Di，HU Zeyong，FU Chunwei，et al，2022. A Simulation Study on Radiation Budget and Water-Heat Ex‐
change over Alpine Grassland Based on CLM4. 5［J］. Plateau Meteorology，41（1）：107-121. DOI：10. 7522/j. issn. 1000-
0534. 2021. 00045.

基于CLM4.5的高寒草地辐射收支和

水热交换的数值模拟研究

吴 笛 1，2，3 ，胡泽勇 1，2 ，付春伟 1，2，3 ，王树金 1，2 ，樊威伟 1，2，3

（1. 中国科学院西北生态环境资源研究院 寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃 兰州 730000；
2. 中国科学院西北生态环境资源研究院 那曲高寒气候环境观测研究站，西藏 那曲 852000；
3. 中国科学院大学，北京 100049）

摘要：利用那曲高寒气候环境观测研究站本部 BJ 观测点 2014 年 6-8 月的近地层观测资料，结合
CLM4. 5 陆面模型，探究空气动力学粗糙长度、叶面积指数、植被覆盖度和热力学粗糙长度参数化方
案的改变对陆面能水平衡的模拟结果产生的影响，并且探讨了粗糙度及植被状态指数影响陆面能水
平衡模拟性能的机制。结果表明：（1）CLM4. 5 默认的热力学粗糙长度方案 Z98 高估了感热通量，并且
低估了地表温度，Z12 方案和 B82 方案能够很大程度上减小感热模拟的正偏差与地表温度模拟的负偏
差。（2）基于不同类型数据计算了两组空气动力学粗糙长度的月均值，在替换模式中原有值后，明显减
小了地表通量的模拟偏差。（3）叶面积指数的增加（减少），使感热减小（增大），潜热增大（减小），反射
辐射和地面长波辐射通量降低（增加），并且土壤温湿度也有所下降（上升）。（4）随着植被覆盖度的增
加（减少），潜热通量降低（升高），感热、反射短波辐射以及地面长波辐射增强（减弱），地面土壤温、
湿度有所增加（降低）。本研究为选择最优参数及参数化方案，进而更合理地模拟出整个高原地区的地
表能水平衡提供了参考依据。
关键词：陆面模式；辐射收支；水热交换；粗糙度；植被参数
文章编号：1000-0534（2022）01-0107-15 中图分类号：P404 文献标识码：A
DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2021. 00045

1 引言 特殊的热力效应。青藏高原对大气的热力与动力
效应通过高原近地层与边界层逐渐影响到自由大
青藏高原被誉为“世界屋脊”，平均海拔 4000 m
气，因此分析高原近地层能量收支变化，即热量、
以上，占我国领土的四分之一，是世界上最高、地 水汽和动量的湍流通量变化成为了研究的重要内
形结构最复杂的高原，同时高原上的生态系统能对 容（王澄海等，2007）。已有研究表明，高原大范围
气候变化做出迅速反应，因此高原是气候变化的敏 复杂陆气相互作用不仅在整个高原能量水分循环
感区和预警区（郭东林等，2009）。青藏高原高大的
过程中扮演重要角色，对我国、东亚甚至北半球的
地形特征及其特殊的地理位置，对全球气候系统的 气候也会产生重要的影响（季国良等，2001；刘新
形成具有重要贡献（陈海山等，2005）。另外，青藏
等，2002；Wu et al，2015），由此可推知在模式中将
高原通过辐射、感热、潜热形成了北半球同纬度地 青藏高原陆面过程进行合理描述对减少气候预测
区的一个强大的地面热源，对气候形成和变化具有 结果的不确定性具有重要意义。

收稿日期：2020⁃09⁃24；定稿日期：2021⁃05⁃20
资助项目：第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0103）；国家自然科学基金项目（91837208）；中国科学院战略性先导科技
专项（XDA2006010101）；国家重点研发计划项目（2018YFC1505701）
作者简介：吴笛（1996-），男，四川绵阳人，硕士研究生，主要从事陆面过程的数值模拟研究. E-mail：wudi@lzb.ac.cn
通信作者：胡泽勇（1965-），男，山西五台人，研究员，主要从事陆面过程与气候变化研究. E-mail：zyhu@lzb.ac.cn