Page 29 - 《高原气象》2025年第3期

3 期 刘子莎等：不同土壤分层方案对土壤冻融过程的影响研究 587
表5 消融期土壤湿度模拟与加密观测比较
Table 5 Soil moisture simulation compared to encrypted observations during ablation period
统计量 方 案 0. 05 m 0. 1 m 0. 2 m 0. 4 m 0. 8 m 1. 6 m 平均
R 原方案 0. 614 0. 456 0. 628 0. 597 0. 547 0. 981 0. 637
加密方案 0. 636 0. 537 0. 647 0. 589 0. 613 0. 985 0. 668
CLM5. 0 方案 0. 621 0. 529 0. 609 0. 603 0. 572 0. 984 0. 653

-3
3
RMSE/（m·m ） 原方案 0. 122 0. 120 0. 090 0. 060 0. 105 0. 055 0. 092
加密方案 0. 070 0. 116 0. 068 0. 058 0. 045 0. 048 0. 067
CLM5. 0 方案 0. 102 0. 120 0. 077 0. 056 0. 048 0. 050 0. 075

-3
3
MAE/（m·m ） 原方案 0. 099 0. 102 0. 082 0. 056 0. 100 0. 054 0. 082
加密方案 0. 066 0. 097 0. 061 0. 052 0. 042 0. 047 0. 061
CLM5. 0方案 0. 087 0. 101 0. 072 0. 053 0. 045 0. 050 0. 068

以下的结论： 分层方案的改进， 均采用了将原有 10 层加密至 20
（1） 加密观测资料与原观测资料对于整个垂 层的方法， 分层方法有些单一， 后续研究应进一步
直层次上的土壤温度与土壤湿度的变化趋势都能 探讨新的分层方法， 并结合实际情况进行模拟验
较好地反映， 对于土壤冻结期而言， 加密观测资料 证。（3）经过对比分析发现， 在土壤深层区域， 三种
对于浅层土壤的温度变化和深层土壤的湿度变化 土壤分层方案对湿度的模拟效果均不够理想。有
刻画更为细致准确。 研究者发现， 土壤质地的差异对土壤温度和湿度的
（2） 对于冻结期土壤温度而言， 改进前后的方 模拟结果具有显著的影响。因此， 未来的研究有必
案都能较好地模拟出各层次的土壤温度变化趋势。 要进一步深入探讨土壤质地如何影响土壤的水热
其中加密方案与观测数据的温度、 振幅变化更为接 传输过程， 以优化模拟效果。
近。并且加密方案所模拟的土壤发生冻结的时间 参考文献（References）：
与观测资料更为吻合； 对于冻结期土壤湿度而言，
不同土壤分层方案均表现出对浅层土壤湿度的模 Bonan G B， 1998. The land surface climatology of the NCAR Land
拟结果较为准确， 对深层土壤湿度的模拟效果相对 Surface Model coupled to the NCAR Community Climate Model
较差。同时， 三种方案对于土壤发生冻结的时间判 ［J］. Journal of Climate， 11（6）： 1307-1326. DOI： 10. 1175/
1520-0442（1998）0112. 0. CO.
定明显提前。
Deng M， Meng X， Lyv Y， et al， 2020. Comparison of soil water and
（3） 对于消融期土壤温度而言， 三种土壤分层
heat transfer modeling over the Tibetan Plateau using two Com-
方案对土壤温度的模拟效果较好。整体上， 加密方 munity Land Surface Model（CLM）versions［J］. Journal of Ad‐
案的模拟效果表现为最佳； 对于消融期土壤湿度而 vances in Modeling Earth Systems， 12（10）： e2020MS002189.
言， 三种土壤分层方案对于土壤湿度的变化趋势模 DOI： 10. 1029/2020MS002189.
拟效果相对较差。但在土壤浅中层进入消融状态 Dickinson R E， 1995. Land-atmosphere interaction［J］. Reviews of
Geophysics， 33（S2）： 917-922. DOI： 10. 1029/95rg00284.
之后加密方案对于土壤湿度的模拟与观测数据在
Farouki O T， 1981. The thermal properties of soils in cold regions［J］.
数值上更为贴近， 但仍然存在一定偏差。
Cold Regions Science and Technology， 5（1）： 67-75. DOI： 10.
本研究首次改进了土壤分层方案并将 CLM5. 0
1016/0165-232X（81）90041-0.
土壤分层方案应用于 BCC_AVIM 模式中， 并验证 Fuchs M， Campbell G S， Papendick R I， 1978. An analysis of sensi‐
了其在土壤冻结和消融过程模拟中的有效性， 这对 ble and latent heat flow in a partially frozen unsaturated soil［J］.
于提升模式的模拟性能具有重要意义。但文章仍 Soil Science Society of America Journal， 42（3）： 379-385. DOI：
有部分地方有待提升： （1）尽管验证了不同土壤分 10. 2136/sssaj1978. 03615995004200030001x.
Jordan R E， 1991. A one-dimensional temperature model for a snow
层方案对土壤温、 湿度模拟的敏感性， 但是目前只
cover： Technical documentation for SNTHERM. 89［R］. Ha‐
对玛曲站进行了简单的验证， 后续的研究可以多选
nover： Cold Region Research and Engineers Laboratory.
择几个站点进行单点验证， 再进一步对整个青藏高 Kowalczyk E， Stevens L， Law R， et al， 2013. The land surface mod‐
原地区进行验证。（2）本文中提出的两种土壤垂直 el component of ACCESS： description and impact on the simulat‐