Page 222 - 《高原气象》2022年第5期

第 41 卷 第 5 期 高 原 气 象 Vol. 41 No. 5
2022 年 10 月 PLATEAU METEOROLOGY October，2022

任余龙，李振朝，蒋俊霞，等，2022. 三种土壤导热率模型对中国北方地表温度的模拟［J］. 高原气象，41（5）：1315-1324.
REN Yulong，LI Zhengchao，JIANG Junxia，et al，2022. Simulation of Land Surface Temperature in Northern China by Three Soil
Thermal Conductivity Models［J］. Plateau Meteorology，41（5）：1315-1324. DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2021. 00055.

三种土壤导热率模型对中国北方

地表温度的模拟

任余龙 ，李振朝 ，蒋俊霞 2，3 ，高晓清 ，周甘霖 ，芦亚玲 1
1
2
1
2
（1. 中国气象局兰州干旱气象研究所 甘肃省防灾减灾重点实验室 中国气象局防灾减灾重点实验室，甘肃 兰州 730020；
2. 中国科学院西北生态环境资源研究院 中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃 兰州 730000；
3. 中国科学院大学，北京 100049）
摘要：为了提高模式 CLM4. 5（The Community Land Model Version 4. 5）对我国北方地表温度的模拟性
能，本文利用近 30 年实况地表温度站点观测资料，开展了 Johansen、Côté-Konrad 及 Lu-Ren 三个常用土
壤导热率模型对地表温度模拟影响的研究。结果表明，三种导热率方案均能较好地模拟出中国北方地
表温度的时空特征，但 Lu-Ren方案的模拟误差、均方根误差更小，与实况间的相关性最显著。实况分析
表明，近 30 年来北方地表温度处于快速上升通道中，尤其 2003 年以来增温趋势更加显著；三种方案均
能模拟出这种变化趋势，与实况变化间相关显著，但模拟的增温幅度偏小，其中 Lu-Ren方案模拟的变化
趋势与实况值最接近。基于 Taylor 图和降水模拟评估表明，三种方案中 Lu-Ren 方案模拟效果最好。由
此可见，在 CLM4. 5 模式中增加适合我国北方气候模拟的土壤导热率新方案（Lu-Ren 方案），提高了
CLM模式的模拟效果，促进了该陆面模式的发展。
关键词：CLM4.5模式；地表温度；土壤导热率；数值模拟
文章编号：1000-0534（2022）05-1315-10 中图分类号：P435 文献标识码：A
DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2021. 00055

1 引言 是土壤物理学水、热、溶质耦合数值模型的重要参
数之一（杜宜臻等，2015；邵明安等，2006），控制
地表温度（Land Surface Temperature，LST）是
着稳定状态下土壤内的热传导过程，是陆面模式中
由太阳辐射产生的地表辐射温度，是地球热行为的
计算陆面温度的关键物理模型（胡泽超等，2020；
基本决定因素；其变化会影响地表能量与物质平
马翠丽等，2020）。国内外学者提出了很多间接估
衡 ，是 气 候 变 化 研 究 的 重 要 内 容（Ghent et al，
算模型，用于描述土壤导热率与土壤质地、容重、
2010；Ding et al，2020；Cao et al，2021；Qin et al，
含水率之间的关系（Tong et al，2009；Zhang et al，
2017；王蕊等，2019）。陆面模式是处理天气、气候
数值模式下垫面能量和物质传输的模块，随着高分 2017）。常用的间接估算模型有两类：理论模型和
辨率数值模式的发展，其重要性越来越突出（戴永 经验模型。Johansen（1975）提出了归一化导热系数
久，2020）；地表温度作为陆面模式模拟的基础变 的概念，研究了土壤类型、孔隙度（n）、饱和度
量，是评价陆面模式性能的主要指标之一（单帅 （Sr）和矿物组分对土壤导热率的影响，在此基础上
等，2020；刘火霖等，2020；胡伟等，2020）。 建立了 Johansen 半经验半理论的土壤导热率模型，
土壤导热率（Soil Thermal Conductivity，STC） 广泛应用于当前的陆面模式。研究表明，Johansen

收稿日期：2021⁃02⁃07；定稿日期：2021⁃06⁃17
资助项目：中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室开放基金项目（LPCC2020001）；国家自然科学基金项目（41805079）；甘
肃省气象局创新团队项目（GSQXCXTD-2020-01）；甘肃省高等学校产业支撑计划项目（2020C-34）
作者简介：任余龙（1976-），男，甘肃天水人，副研究员，主要从事陆面模式研究. E-mail：yulongren731100@126.com
通信作者：高晓清（1966-），男，甘肃靖远人，研究员，主要从事陆面过程与区域气候数值模拟. E-mail：xqgao@lzb.ac.cn