Page 38 - 《高原气象》2022年第1期
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高     原      气     象                                 41 卷
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             学模型，揭示出积雪覆盖下土壤温度与土壤含水量                             积云对流参数化方案对比试验、分辨率对比试验，
             的指数关系，且这种效应在冻结期比消融期表现                              本文采用的模拟方案如下：兰伯特投影，模拟中心
             好。也有研究指出，积雪对土壤含水量的保护作用                             点为 33°N，87°E，模拟区域包含高原及其周边地区
             还取决于积雪的厚度和密度（付强等，2015），积雪                         （南北 80×东西 120 个格点），垂直层数 18 层，顶层
             对土壤温度的保护作用还取决于积雪的开始、持续                             气压50 hPa，水平分辨率30 km，时间积分步长60 s，
             时间和积累、消融过程（Zhang et al，2005）。因此，                   边 值 与 初 始 场 数 据 为 EIN15，海 温 数 据 使 用
             积雪对土壤水热传输的影响是地气系统中极其重                              OI_WK，陆面模块为 CLM4. 5 且 24 h 输出一次数
             要又极具复杂性的过程。                                        据，其他参数化方案的选择见表 1。考虑到模式自
                  现有对高原积雪和冻土的论述大多关注在高                           身的 spin-up，分别对多雪年和少雪年的模拟时段设
             原积雪对我国降水格局的相关性和指示性分析（王                             置为 2014 年 8 月 1 日至 2015 年 9 月 1 日，2012 年 8
             澄海等，2003；杨凯等，2017）。此外，由于高原气                        月1日至2013年9月1日。
             象观测数据在时空上的不连续（Dai et al，2012，                          本文积雪深度数据来源于“黑河计划数据管理
             2015；Dente et al，2012；Su et al，2011，2013），积        中心”（http：//westdc. westgis. ac. cn）的“中国雪深
             雪对土壤水热的研究主要停留在单点试验，且集中                             长 时 间 序 列 数 据 集（1979-2016 年）”（Che et al，
             在高原东部，研究成果也表现出很大的差异性。韦                             2008）（简称“遥感雪深”）来对比分析模拟结果中积
             志刚等（1995）和王顺久（2017）均曾指出，高原积雪                       雪的空间分布特征，土壤温湿度数据使用玛多县鄂
             在空间分布上具有明显的区域性特征。因此，仍需                             陵湖草地观测站（34. 913°N，97. 553°E）以及来源于
             要进一步研究高原积雪对土壤水热的影响，并通过                            “国家青藏高原科学数据中心”（http：//data. tpdc.
             数值模式来深入探讨其内在物理机制。本文挑选                              ac. cn）的“青藏高原土壤温湿度逐时观测数据集
             了高原上的两个典型积雪年进行数值模拟，对期间                            （2008-2016 年）”（Su et al，2019）中那曲-BC05 站
             土壤的水热传输过程进行了详细分析，期望可以为                            （31. 332°N，92. 041°E）的土壤温湿度数据来验证模
             数值模式中积雪与土壤水热物理参数化方案的完                              式对土壤温湿度的模拟能力，然后分别对比分析模
             善与改进提供一定的科学支持。                                     拟结果中多雪年和少雪年的土壤温湿度特征。

              2   方案设计                                                      表1   试验参数化方案选择
                                                                     Table 1  Selection of parameterization scheme
                  区 域 气 候 模 式（Regional Climate Model，
                                                                       参数化方案                  参数化方案
             RegCM4）是目前应用广泛的气候模式之一，其对由
                                                                       侧边界方案                 指数松弛方案
             小尺度扰动引起的天气过程具有较好的捕捉能力，
                                                                        PBL方案                  Holsting
             诸多研究（李小兰，2013；余莲，2011；周建玮，
                                                                     积云参数化方案                 MIT-Emanuel
             2007）均已证明 RegCM4 对我国东部的夏季降水、
                                                                       大尺度降水                   SUBEX
             高原积雪的空间分布等具有较好的模拟能力。陆
                                                                     海洋表面通量方案                   Zeng
             面过程模式（Community Land Model，CLM4. 5）中
                                                                       IPCC方案                   A1B
             设计的未冻水方案使得模式可以模拟到冬季土壤
             冻结后土壤中存留的液态水，并能有效模拟土壤在                             3   结果分析
             冻结过程中的水热变化。CLM4. 5在我国以及高原
             上的适用性也已得到广泛验证（高骏强，2017；李                           3. 1  积雪深度
             时越等，2018；谢志鹏等，2017；袁源等，2019）。                          为验证模式对积雪的模拟能力，分别将两个积
             所以，本文采用耦合了 CLM4. 5 的 RegCM4 来模拟                    雪年的模拟雪深与遥感雪深进行了年平均，并绘制
             高原积雪对土壤冻融过程水热输送的影响机制。                              成图 1 的空间分布图。从图 1 可以看出，模式能够
                  高原降雪主要集中在冬、春季节，定义一个积                          有效模拟出高原的多雪年与少雪年特征，尤其是喜
             雪年为当年 10 月至次年 5 月。根据前人的研究成                         马拉雅山脉、高原东南以及柴达木盆地南侧的积雪
             果（边 晴 云 等 ，2017；王 婷 等 ，2019；姚 闯 等 ，                大值区，模拟雪深与遥感雪深具有较高的一致性。
             2019），本研究分别挑选了一个多雪年（2014 年 10                      多雪年的积雪面积与积雪深度都要明显高于少雪
             月 1 日至 2015 年 5 月 31 日）和少雪年（2012 年 10 月            年。模拟雪深与遥感雪深在空间分布特征上也有
             1 日至 2013 年 5 月 31 日）进行数值模拟。通过多组                   显著差异：模拟雪深的大值区主要集中在高原西
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