Page 112 - 《高原气象》2022年第1期

高 原 气 象 41 卷
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图2 2014年6-8月BJ站地表能量闭合情况和波文比的逐日变化
Fig. 2 The surface energy closure status and Bowen ratio at BJ site from June to August 2014

3 方法介绍 资料作为模式的大气强迫场，其中包括气温、相对
湿度、风速、气压、降水速率、以及向下长波辐射、
3. 1 模式介绍 向下短波辐射，观测高度为 3 m，模拟时间为 2014
公 共 陆 面 模 式（Communitity Land Model，
年 5-8 月，积分步长为 30 min，考虑到模式对初始
CLM）作为地球系统模式（Community Earth System 场具有一定的敏感性，因此，舍去 2014 年 5 月的模
Model，CESM）的陆面模块是目前世界上发展最完
拟结果作为 Spin-up 过程。在此基础上本文进行三
善，最具有发展潜力的陆面模式之一。CLM4. 5 包
个方面的研究：（1）对不同热力学粗糙长度参数化
含了较完整的水文模型、土壤水热过程、冻土模型 方案进行讨论；（2）以两种空气动力学粗糙长度计
和地下水模型。CLM4. 5模式的地表空间不均匀性
算方法的计算结果替代模式中的所设定的默认值
由嵌套次网格层次体系来表示。CLM4. 5所在的每 来探究其对地表能量以及辐射模拟的影响；（3）讨
个网格由不同的陆面单元（landunit）、柱体（col‐
论模式模拟对叶面积指数和植被覆盖度变化的敏
umn）、植被功能类型（Plant Function Type，PFT）组
感性（实验设计如表3所示）。
成。每个网格可包含不同陆面单元，每个陆面单元
可包含不同数量的柱体，每个柱体可包含不同的植 表3 植被参数的敏感性实验设计
被功能类型。其主要由 4 个部分组成：生物地球化 Table 3 The designs of sensitive experiments about
vegetation parameters
学过程、生物地球物理过程、动态植被过程和水文
过程。其中生物物理过程在每个次网格上进行独 实验 叶面积指数变化情况 植被覆盖度变化情况
立模拟，相应的诊断变量在每个次网格上独立 编号
计算。 CTL 不变 不变
对于下垫面通量的计算，模式将植被功能类型 EXP1 在CTL基础上增加50% 不变
（PFT）分为裸土和植被，在此基础上分别计算裸土 EXP2 在CTL基础上减少50% 不变
和植被部分的下垫面通量，最后根据各种植被所占 EXP3 不变 在CTL基础上增加25%
比例进行加权平均。当植被在完全衰亡后或生长 EXP4 不变 在CTL基础上减少25%
期以前，植被下垫面接近于裸土，植被部分的下垫
面通量应与裸土下垫面通量的计算值相近。因此 3. 3 热力学粗糙度参数化方案
一些参与植被覆盖区域能量交换计算的地表参数 CLM4. 5 模式中感热可以用空气动力学阻抗
［如地表到植被空气之间的湍流交换系数、空气动 和 表 面 阻 抗 表 示 为 式（3）（Zeng and Dickinson，
力 学 粗 糙 长 度 、零 平 面 位 移（Zeng et al，2005； 1998）：
Zeng and Wang，2007）］都能在一定程度上反应裸 SH = ρC P × T S - θ a （3）
土状态下的地表属性，换言之，一些裸土参数也会 R ah + R ss
影响植被覆盖部分能量的计算。 其中： ρ 为大气密度； C P 为大气定压比热； T S 为地
3. 2 数值实验设计 表温度； θ a 为近地层空气温度； R ah 为空气动力学阻
本文用 BJ 站连续完整的高时间分辨率的观测 抗（式4）； R ss 为表面阻抗，用式（3）表示。