Page 34 - 《高原气象》2025年第3期
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高     原      气     象                                 44 卷
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             宗列盆地， 是中国第二大河流（李开明等， 2013）。                        然而模拟净生态系统碳交换（NEE）的结果存在一定
             黄河源区位于青藏高原东北部， 海拔介于 4100~                          的不确定性； 曾璇等（2023）利用黑河流域上游的
             4600 m 之间， 气候类型为高寒半干旱气候， 是中国                       9 个典型观测站实测数据， 对 CLM5. 0 的土壤温度
             重要的水源涵养区。黄河源区的冻土情况较为特                              模拟性能进行了评估， 研究结果显示， CLM 5. 0 在
             殊， 包含了多年冻土以及季节冻土， 是我国现代多                           模拟高寒山区土壤温度的年内变化和年际变化方
             年冻土分布最为复杂的地区， 对气候变化敏感且响                            面表现良好， 但模拟值普遍低估于实测值， 在高寒
             应迅速， 通过深入了解和研究黄河源区的冻土情                             草甸地区， CLM 5. 0对土壤温度的模拟性能略优于
             况， 可以更好地理解和预测该地区及周边地区的气                            草地地区， 且浅层土壤的模拟结果优于深层， 低估
             候变化趋势， 对高原地区气候变化研究具有重要意                            的主要原因在于 CLM5. 0 中土壤冰的模拟存在偏
             义（陈琼等， 2010）。随着全球气候变暖的趋势日益                         差 ； 宋 耀 明 等（2014）利 用 通 榆 站 的 观 测 资 料 对
             显著， 黄河上游水源涵养区存在暖湿化趋势（张子                            CLM4. 5 的模拟性能进行了验证， 与观测数据对比
             涵等， 2023）， 降水变化与径流量的不协调现象也                         后发现， CLM4. 5 能够较好地模拟出观测站点的辐
             变得愈发突出， 呈现出降水变化较小而径流变化较                            射通量、 水热交换， 以及土壤温湿的变化特征。然
             大的特点（马柱国， 2005）。黄河水量减少的原因除                         而在冬季， 模拟结果与观测数据存在较大误差， 尤
             了降水变化之外， 还有水分在土壤各层的输送过程                            其在辐射通量、 水热交换以及土壤温湿方面。
             的影响（马柱国等， 2020）。黄河源区的土壤质地分                             在高寒地区由于下垫面土壤热力学性质的差
             布不均匀， 无论是在水平还是垂直方向都存在着显                            异导致土壤温度和湿度的变化特征不同， 进而影响
             著的差异， 在水平方向上， 不同类型的土壤质地差                           地表感热潜热的变化， 增加了模式模拟结果的不确
             异显著， 如高山草甸、 森林、 荒漠裸地等下垫面类                          定性， 所以在高寒地区模式模拟的冻融过程中的水
             型， 对水分运移的影响各不相同， 而在垂直方向                            热输送仍存在较大偏差（张寅生等， 2015）， 在土壤
             上， 不同海拔的土壤层次也存在着差异， 影响着土                           冻结期， 忽略冻结过程将导致模拟的土壤温度高于
             壤水分的分布和输送。然而， 黄河源区的观测站点                            实测温度， 而在土壤消融期， 忽略冻结过程将导致
             资料相对较为稀缺， 这导致了对于模式研究的数据                            模拟的土壤温度低于实测温度， 对于土壤含水量的
             供给不足， 缺乏充足的观测数据支撑， 使得该地区                           模拟也会低于实测值（杨梅学等， 2002； 周余华等，
             在区域和全球变化模式中的模拟结果往往与实际                              2005）。在现有的陆面过程模型中， 对土壤水分的
             观测存在明显的偏差， 成为数值天气预报中的一个                            定量描述是通过以下两个方面来实现的： （1）在垂
             难点和重点关注区域。                                         向分布均匀的介质基础上， 基于 Richards 方程来描
                  由美国国家大气研究中心（NCAR）开发的公用                        述土壤水分的流动； （2）赋以地表土壤不同的水文
             陆面模式（Community Land Model， CLM）在公用地                特征和热力学特征。然而， 实际情况下土壤质地通
             球 系 统 模 式 CESM2. 0（Community  Earth  System        常呈现垂向非均匀分布， 尽管部分陆面过程模型通
             Model）中作为陆面模型， 是目前社会最先进的地球                         过分层来模拟土壤的非均匀性， 但大多数模型仍假
             系统模式。CLM 在气候科学领域得到了广泛的应                            设土壤在垂向上均匀分布， 将表层土壤质地作为整
             用， 并为多个多模式比对项目做出了贡献， 针对土                           个垂向的代表。由此产生的土壤水分模拟结果与
             壤冻融过程的模拟， 许多学者都做了详细的研究。                            实际垂向非均匀情况下的水分存在差异， 然而目前
             苏有琦等（2020）利用玛曲站、 阿柔站和那曲站三个                         对这种差异的研究较少。刘子莎等（2024）通过研
             观测站的实测土壤数据进行了CLM4. 5的单点数值                          究发现在相同的土壤层次下， 浅中层拥有更密集的
             模拟试验， 结果表明， CLM4. 5 模式能够相对准确                       土壤分层， 对于提升模式对土壤水热输送的模拟能
             地模拟高寒草甸地区下垫面的土壤温湿度、 辐射通                            力有一定的积极影响。通过研究不同土壤分层对
             量和湍流通量的季节变化， 虽然通过修改土壤属性                            冻融过程模拟结果的影响， 改进陆面模式中冻融过
             后， 模拟结果明显优于未修改前的效果， 但与观测                           程参数化方案， 从而提高模式对水热输送过程的模
             值相比仍然存在一定的偏差； 闫旭春等（2023）对                          拟能力， 对于深入理解高寒地区冻融过程， 以及应
             CLM5. 0在阿拉斯加多年冻土区的表层土壤温度和                          对其可能带来的环境和气候变化等方面的挑战， 具
             碳循环进行了评估， 研究结果显示， CLM5. 0 能够                       有重要意义。
             捕捉到表层土壤温度的季节变化， 对高纬度多年冻                                因此， 为了提高模式的准确性和可靠性， 需要
             土区的土壤温度季节变化进行了较为合理的模拟，                             更加细致地考虑土壤热力学性质的差异， 并充分考
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