Page 22 - 《高原气象》2025年第3期

高 原 气 象 44 卷
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j 是基于玛曲站提供的实际气象数据作为强迫场输
zisoi( j) = ∑ dzsoi ( j ) （5）
i = 0 入， 以 2022 年 1 月 1 日至 2023 年 12 月 31 日为模拟
zsoi( j) = 0.5*(zisoi( j - 1) + zisoi( j) ) （6） 时间段。然而， 高原的土壤冻融状况在空间上呈现
式中： dzsoi表示各层土壤的厚度； zisoi表示各层土 不同的特征， 多年平均（1993 -2012 年）的结果指
壤的界面深度； zsoi表示各层土壤的节点深度； j表 出， 高原土壤冻结日期、 融化日期以及冻融过程持
示土壤层的系数； nlevsoi为对于适用于土壤水分计 续时间在空间分布上存在较大差异， 在浅层土壤，
算的总土壤层数， nlevgrnd = nlevsoi + 5， 增加的 5 高原东部地区的土壤开始冻结日期在 10 -11月， 土

层仅用于计算土壤温度。 壤完全融化日期在 3 -4 月（Yang and Wang， 2019）。
参考陆面模式CLM5. 0中的土壤分层方案并应 因此， 在结合玛曲站实际观测资料的同时， 为了评
用到 BCC_AVIM 模式中， 其土壤总层次也为 20 估不同土壤分层方案对开始冻结日， 消融日判定的
层， 在本文中称为CLM5. 0 方案。 准确性， 本文暂时选择 2022年 10月 25日至 2023年
2 月 15 日这一时间段作为冻结过程， 2023 年 2 月 15
表1 改进前后方案土壤各层节点深度与界面深度
日至 6 月 1 日作为消融过程。在这两个时期内， 对
Table 1 The node depth and interface depth of each
比分析了改进前后的不同土壤分层方案在模拟土
soil layer before and after improvement
壤水热状况方面的效果。对比分析不同土壤分层
原方案 加密方案 CLM5. 0 方案
方案的模拟效果时， 采用线性插值方法将模拟结果
节点 界面 节点 界面 节点 界面
与加密观测资料的土壤层进行对应。并将原方案、
深度/m 深度/m 深度/m 深度/m 深度/m 深度/m
改进后的加密方案以及CLM5. 0方案的模拟结果进
0. 007 0 0. 0035 0. 005 0. 01 0. 02
行了细致的比较。在检验模拟效果时， 选用了三种
- 0. 017 0. 007 0. 012 0. 04 0. 06
统计学方法： 首先， 通过计算相关系数（r）， 评估了
0. 028 - 0. 017 0. 022 0. 09 0. 12
各方案模拟结果与实测数据在变化趋势上的相似
- 0. 045 0. 028 0. 036 0. 16 0. 20
性和吻合度。其次， 采用了均方根误差（RMSE）与
0. 062 - 0. 045 0. 053 0. 26 0. 32
平均绝对误差（MAE）作为评估标准， 以量化不同方
- 0. 090 0. 062 0. 076 0. 40 0. 48
案模拟结果与实际观测值之间的偏差。具体公式
0. 118 - 0. 090 0. 104 0. 58 0. 68
如下：
- 0. 165 0. 118 0. 141 0. 80 0. 92 N
∑ (M i - M ) ( R i - R)
ˉ
ˉ
0. 212 - 0. 165 0. 188 1. 06 1. 20
r = i = 1 （7）
- 0. 289 0. 212 0. 250 1. 36 1. 52 N N
∑ (M i - M ) ∑ ( R i - R) 2
2
ˉ
ˉ
0. 366 - 0. 289 0. 327 1. 70 1. 88
i = 1 i = 1
- 0. 492 0. 366 0. 429 2. 08 2. 28 1 N
RMSE = ∑ (M i - R i ) 2 （8）
0. 619 - 0. 492 0. 553 2. 50 2. 72 N i = 1
- 0. 828 0. 619 0. 723 2. 99 3. 26 1 N
MAE = ∑ |M i - R i | （9）
1. 038 - 0. 828 0. 933 3. 58 3. 90 N i = 1
- 1. 382 1. 038 1. 210 4. 27 4. 64 式中： M i 为模拟值； R i 为观测值； M 为模拟值的平
ˉ
ˉ
1. 717 - 1. 382 1. 554 5. 06 5. 48 均值； R为观测值的平均值； N为样本总数。
- 2. 296 1. 727 2. 011 5. 95 6. 42 3. 2 玛曲站观测资料
2. 865 - 2. 296 2. 580 6. 94 7. 46 本文选用研究区域的站点为玛曲站（102°13′E，
- 4. 429 2. 865 3. 148 8. 03 8. 60 33°88′N）， 地处青藏高原东北部上边缘区。该地区
原方案土壤层次为 10 层， 加密方案和 CLM5. 0 方案土壤层次 年平均降水量达到 595 mm， 年平均气温为 1. 2 ℃，
为 20 层（The soil layers of the original scheme are 10 layers， and the 属于季节性冻土区与季节性积雪区（Deng et al，
encryption scheme and CLM5. 0 scheme are 20 layers）
2020； 陆宣承等， 2020； 苏有琦等， 2020； 胥朋飞
等， 2022）。本文所依据的主要观测数据来源于玛
3 试验设计与玛曲站观测资料
曲站所建立的地气水热传输观测系统所采集的气
3. 1 试验设计 象要素数据。加密观测数据来源于 2021 年在玛曲
在本研究中， BCC_AVIM陆面过程模式的运行 站增设的土壤分层加密观测系统所采集的数据（如