Page 110 - 《高原气象》2022年第1期
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高     原      气     象                                 41 卷
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                  鉴于陆面过程的重要性，自 20 世纪 80 年代以                         鉴于青藏高原及其陆面过程的重要性，利用
             来，中外科学家针对不同下垫面开展了一系列近地                             CLM4. 5 陆面模型，探究空气动力学粗糙长度、叶
             层综合观测实验（王介民，1999；Ma et al，2005），                   面积指数、植被覆盖度和热力学粗糙长度参数化方
             依据实验结果从而发展起了如 BATS（Biosphere-at‐                   案的改变对陆面能水平衡的模拟结果产生的影响，
             mosphere Transfer Scheme）、SSIB（Simplified Sim‐     并且探讨了粗糙度及植被状态指数影响陆面能水
             ple Biosphere Model）、Noah、CLM（Communitity          平衡模拟性能的机制，以期为高原地区的陆气相互
             Land Model）等不同陆面模式，并且很多学者对这                        作用的观测和数值模拟研究提供参考依据。
             些模式在不同下垫面的适用性进行了一系列研究                              2   站点及资料介绍
             （刘少锋和林朝晖，2005；杨扬等，2015；Niu et al，
             2011；Zeng et al，2005）。由于青藏高原独特的地                       本文用到了站点观测和卫星资料。站点观测
             理位置、地形高度、气候条件以及复杂的下垫面特                             资料来自于中国科学院那曲高寒气候环境观测研
             征，因此该地区陆面过程有一定的特殊性和复杂                              究站 BJ 观测点（91. 90°E，31. 37°N，海拔 4509 m），
             性 ，也 增 加 了 陆 面 模 式 描 述 陆 面 过 程 的 难 度 。             那曲站 BJ 观测点位于西藏自治区那曲县罗玛镇娘
             Yang et al（2009）利用 SIB2、CoLM 和 Noah 三种模            曲村附近，观测场周围地势较为平坦开阔，且为牧
             式对高原多个站点地表能量进行了模拟，结果指出                             区，下垫面植被为高寒草地。那曲地区属于高原
             三种模式均能抓住感热、潜热的日变化特征，但是                             亚寒带季风半湿润气候区，气候寒冷且相对干燥。
             也存在明显的误差。谢志鹏等（2017）利用 CLM4. 5                      BJ 观测点架设着自动气象塔（AWS Tower）、行星
             模拟了 BJ 站的地表能量，发现模拟的地表能量季                           边界层塔站（PBL Tower）、天空辐射仪、土壤温湿
             节变化、日变化与观测吻合得较好，但模拟的能量                             观测系统、涡动相关仪、风廓线观测等，其观测项
             较观测在数值上有不同程度的偏差。由于模式模                              目主要包括风向、气温、空气相对湿度、气压、降
                                                                水、辐射四分量和地表通量等。表 1 为自动气象塔
             拟结果与观测还存在明显差异，许多修改的参数及
                                                                和行星边界层塔站部分观测项目及观测高度，表 2
             参数化方案被提出来以提升陆面模式的模拟效果。
                                                                为 涡 动 系 统 及 辐 射 四 分 量 的 观 测 仪 器 和 架 设
             李锁锁等（2010）通过修改CoLM中空气动力学粗糙
                                                                高度。
             长度，提升了模式对地表通量的模拟。Zheng et al
             （2014）提出了一种基于植被覆盖度的空气动力学                            表1   自动气象塔站、行星边界层塔站各项目的观测高度
             粗糙长度计算方法，能够提升 Noah 模式的模拟性                             Table 1  The height of observational instrument of
             能。Yang et al（2003）提出了基于摩擦温度的热力                                 AWS tower and PBL tower
             学粗糙长度参数化方案，结合空气动力学方法能够                               观测项目       自动气象塔站           行星边界层塔站
             较准确地计算出感热。Zeng et al（2012）修改了                        风向风速     0. 91，5. 02和10. 36 m 0. 75，1. 5，3. 6，12和22 m
             CLM4. 5 默认热力学粗糙长度参数化方案中的系                             气温        1. 03和8. 41 m  0. 75，1. 5，3. 6，12和22 m
             数，结果提升了 CLM4. 5 对改则站感热模拟的效                         空气相对湿度       1. 03和8. 41 m  0. 75，1. 5，3. 6，12和22 m
             果。Chen et al（2011）利用 Noah 模式在两个野外观                    气压            1 m               1 m
             测站进行单点模拟，并在模式中通过调整热力学粗
                                                                           表2   BJ观测点观测仪器说明
             糙长度参数化方案中的系数，使感热、地表温度的
                                                                   Table 2  Specification of observational instrument
             模拟值和观测值之间的均方根误差降到最低，但在
                                                                                   at BJ site
             两个站得到的系数并不相同。贾东于等（2017）通
                                                                                                       架设高度
             过修改玛曲站叶面积指数，提升了 CLM4. 5 对地表                          观测项目          观测仪器         观测精度
                                                                                                        /埋深
             能量的模拟。由上述研究可知，由于青藏高原下垫
                                                                 超声风速仪       CSAT3，Cambell   ±0. 5 cm·s -1  3. 02 m
             面的复杂性，陆面模式中参数及参数化设置不都具
                                                                 气体分析仪       L1-7500，Li-Cor  ±0. 03 ppm  3. 02 m
             有普适性，合适的参数设置与参数化方案选择对提
                                                                  长波辐射      CM-21，Kipp&Zonen   ±10%     1. 5 m
             升模拟性能有很大帮助。另外探究不同参数和参
                                                                  短波辐射      CM-21，Kipp&Zonen   ±10%     1. 5 m
             数化方案对能水平衡模拟结果造成的不确定性有
             助于我们有针对性地进行误差分析并调整参数以                                  地表通量的计算方法为涡动相关法，涡动相关
             及参数化方案来减小模拟误差。                                     法是目前测量地气湍流通量最好、最直接的方法，
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