Page 82 - 《高原气象》2022年第1期

高 原 气 象 41 卷
80
土壤水热参数化方案在青藏高原的检验大多在单点 2 区域气候模式 RegCM 砾石参数化
开展，并未比较高原不同区域的模拟效果（刘宜纲 方案
等，2020），由于高原的砾石分布存在差异，不同砾石
含量对于地表与土壤水文过程的影响并非完全一致 土壤水热属性被认为是土壤中矿物属性与有
（Abrahams et al，1991；李燕等，2006；时忠杰等， 机物属性的权重函数（Clapp et al，1978；Cosby et
2008；张志蓉等，2008），此外，考虑砾石影响后地表 al，1984；Lawrence et al，2008）。模式中矿质土壤
土壤水文过程变化的机制也有待研究。因此，本文在 水属性包括矿质土壤 B 指数 B min 、矿质土壤孔隙度
耦合 CLM4. 5的区域气候模式 RegCM4. 7中分别应 θ sat，min 、饱和矿质土壤基质势 ψ sat，min 及矿质土壤饱和
用原始土壤水热参数化方案与改进后的砾石参数化 导水率 k sat，min ；矿质土壤热属性包括矿质土壤固态
方案在青藏高原西部、中部与东南部区域进行模拟， 导热率 λ s，min 、矿质干土壤导热率 λ dry，min 、土壤容重
并根据砾石分布特征在每个区域选取单点分析了两 ρ d 、矿质土壤固态热容 c s，min 和 Kersten 数 K e，i 。原始
种方案模拟结果存在差异的原因。在此基础上利用 土壤水热参数化方案仅考虑了沙石与粘土对矿质
中国陆面融合再分析数据（CRA-40）检验了砾石参数 土壤水热属性的作用，而改进的砾石参数化方案引
化方案在高原不同区域对于土壤含水量的模拟效果。 入了砾石的影响。两种方案对比如下（表1）：
表1 两种参数化方案的对比
Table 1 Comparison of the two parameterization schemes
原始土壤水热参数化方案 砾石参数化方案

B指数 B min，i = 2.91 + 0.159(%clay ) i B min，i = 2.41 + 0.129(%clay ) i + 0.06(%gravel) i
孔隙度 θ sat，min，i = 0.489 - 0.00126(%sand ) i θ sat，min，i = 0.489 - 0.00126(%sand) - 0.004(%gravel) i
i
)
饱和基质势 ψ sat，min，i = -10.0 × 10 1.88 - 0.0131(%sand ) i ψ sat，min，i = -10.0 × 10 × (1 - %gravel) + 1.3(%gravel) i
1.88 - 0.0131(%sand i
i
) 2(1 - %gravel) i
-0.884 + 0.0153(%sand i
饱和导水率 k sat，min[ z h，i] = 0.0070556 × 10 k sat，min[ z h，i] = 0.0070556 × 10 ×
-0.884 + 0.0153(%sand ) i
(2 + %gravel) i
8.80(%sand ) i + 2.92(%clay ) i
固态导热率 λ s，min，i = λ s，min，i = 7.7 (%sand + gravel) i × 2.0 [1 - (%sand + %gravel) i ]
(%sand ) i + (%clay ) i
0.135ρ d，i + 64.7
干导热率 λ dry，min，i = λ dry，min，i = 0.917 × 10 -1.29θ sat，min，i
2700 - 0.947ρ d，i
土壤容重 ρ d，i = 2700(1 - θ sat，i ) ρ d，i = 2700(1 - %gravel) (1 - θ sat，min，i) + (%gravel) i × ρ g
i
2.128(%sand ) i + 2.385(%clay ) i 6 2.128(%sand ) i + 2.39(%clay ) i + 2.20(%gravel) i 6
固态热容 c s，min，i = × 10 c s，min，i = × 10
(%sand ) i + (%clay ) i (%sand ) i + (%clay ) i + (%gravel) i
{ log( ) + 1 ≥ 0， T i ≥ T f ì 1.7S r，i ， T i ≥ T f
ï
ï
1 + 0.7S r，i
S r，i
Kersten数K K e，i = K e，i = í
e，i
S r，i ， T i < T f ï 4.6S r，i
ï ， T i < T f
î 1 + 3.6S r，i
3 实验方案、 数据和评估方法 率设置为 30 km。选用 ECMWF 的 EIN15 再分析资
料作为模式初始与侧边界条件，缓冲区大小设置为
3. 1 实验参数设置
12，边界条件每 6 h 更新一次，每 30 min 调用一次
选用国际理论物理中心（ICTP）开发的区域气 陆面模块。根据砾石分布在高原西部、中部与东南
候 模 式 RegCM，该 模 式 目 前 最 新 版 本 为 部分别选取了三个单点用于后续分析（简称为西
RegCM4. 7，其耦合的陆面模块为 CLM4. 5 模式。 部 、中 部 、东 南 部），对 应 经 纬 度 为 32. 69° N，
模式中涉及的土壤水文过程均在土壤结构的前 10 83. 71°E、31. 49°N，90. 08°E 与 27. 46°N，93. 03°E。
层进行计算。利用该模式分别在高原西部、中部与 模拟时段为2017年1月1日至2018年12月31日。
东南部区域进行模拟，对应模拟中心选取为 33°N， 3. 2 参照数据来源
82°E、31°N，89°E 与 28°N，93°E。网格点水平分辨 参照数据选用同时段中国陆面融合再分析数