Page 115 - 《高原气象》2022年第1期

1 期 吴 笛等：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 113

图4 不同方案感热通量逐小时的模拟值和观测值散点分布
Fig. 4 The scatter plots of observed and simulated hourly sensible heat fluxes using different schemes

方案均低估了地表温度，从平均偏差上来看，相比 的作用，进而地表温度也得到了控制。因此图中感
与 Z98 方案的平均偏差-1. 4 K，前面所提到的对感 热模拟的正偏差并未随时间明显增大。并且地表
热模拟有明显提升的 B82与 Z12方案也较大程度地 温度的增大也会影响蒸发过程加速，进而增加感
缩小了负的平均偏差到达到-0. 5 K和-0. 25 K。 热，减小表层土壤水含量。地表长波辐射与地表温
模式高估了感热通量，却低估了地表温度，从 度密切相关，因此也会发生相应的变化。
而低估了地气温差，这表明 CLM4. 5 模式热力学粗 4. 2 Z 对地表能量通量模拟结果的影响
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糙长度原方案（Z98）在BJ站可能低估了感热传输的 图 6为基于陈方法和 Massman方法计算的空气
阻抗，如上文提到 Z 的值与阻抗密切相关，由公式 动力学粗糙长度，两种方法均能反映出 Z 随植被
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（5）进行定性分析可知，当 Z 较大时，就会计算的 的生长而增大的特征，整体上比较接近，但还是存
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到一个较小的附加阻尼 R ，进而总的感热传输阻抗 在一定的差异，用站点数据计算的结果的峰值出现
ss
减小。因此也可以推断 B82与 Z12方案计算出的阻 在 8 月为 0. 0405 m，而卫星资料峰值出现 7 月为
抗比较大，进而使得感热模拟值正偏差较小。下面 0. 032 m，另外 5-10 月站点资料计算的 Z 偏小，
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对 Z 在陆面模式中如何影响感热模拟进行一个简 而其他月份偏大。取 6-8 月结果代入模式进行比
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要的阐述。在陆面模式中，气温为大气强迫数据 较，并且模式其余设置保持不变，图 7 为替换 Z 后
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（站点的观测数据），模式以一个固定的地表温度为 感热、潜热的模拟状况。用两组计算结果模拟的感
初值（假定与实际观测值相同）开始模拟，由于 Z98 热、潜热与观测值的相关系数有所提升，并且均方
方案（模式默认方案）使得感热传输阻抗较小，因此 根误差有所下降（表 5）而地面长波辐射的模拟的负
初始时刻，在地气温差与实际情况一致的前提下就 偏差更小（图 8），将 Z 替换后地面长波模拟值与观
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会使得模拟的感热较实际偏大，地面支出能量增 测的相关系数达到 0. 9705 和 0. 9709，均方根误差
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加，进而用于加热土壤的盈余能量较少，土壤温度 达到 10. 02 W·m 与 9. 83 W·m ，较替换前的相
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比实际小，在下一时刻，由于阻抗较小，感热仍然 关系数 0. 9705 与均方根误差 11. 05 W·m 有所提
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被高估，但由于地气温差缩小起到了缓冲感热增大 升。空气动力学粗糙长度 Z 代表风速为 0 m·s 的
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