Page 39 - 《高原气象》2025年第3期

3 期 包逸群等：CLM5.0模式加密土壤分层方案对黄河源区玛多站土壤温湿度的模拟 597
动态变化。对比分析显示， 改进后的30层分层方案 加接近实际观测值。结合统计分析表（表5）的结果，
相较于 10 层和 20 层方案更为准确。模拟结果不仅 可以得出结论： 30 层方案表现最佳， 其平均相关系
3
-3
与观测值基本一致， 而且在冻结和消融时间方面更 数达到0. 770， 平均均方根误差仅为0. 039 m·m 。
表5 各层土壤湿度3种分层方案模拟值与观测值的统计分析
Table 5 Statistical analysis of simulated and observed values for three stratification schemes of soil moisture in each layer
统计量 分层方案 0. 05 m 0. 1 m 0. 2 m 0. 4 m 0. 8 m 1. 6 m 平均
R 10层 0. 765 0. 717 0. 671 0. 627 0. 603 0. 518 0. 650
20层 0. 765 0. 730 0. 669 0. 627 0. 612 0. 569 0. 662
30层 0. 771 0. 786 0. 729 0. 815 0. 816 0. 704 0. 770
-3
3
RMSE/（m·m ） 10层 0. 084 0. 083 0. 068 0. 054 0. 052 0. 044 0. 064
20层 0. 087 0. 084 0. 056 0. 052 0. 033 0. 035 0. 057
30层 0. 070 0. 057 0. 048 0. 021 0. 022 0. 017 0. 039

4. 3 加密分层方案对玛多站土壤冻结期与消融期 时间逐渐延后。在 0. 1 m 土壤深度［图 3（b）］中， 观
的模拟结果分析 测值显示 10 月 23 日进入冻结期， 而 30 层方案模拟
为进一步探讨土壤冻融的特征， 将土壤冻结初 的冻结初始日与实测值最接近， 为 10 月 24 日， 20
日定义为土壤深度 0. 05 m 日最低温度连续小于 层方案的模拟结果稍晚， 而 10 层方案模拟的冻结
0 ℃的第一天， 将土壤完全冻结初日定义为 0. 05 m 初日偏差较大。在 0. 2 m 土壤深度［图 3（c）］中， 观
土壤深度日最低温度小于 0 ℃的第五天； 将消融初 测值显示 10 月 25 日进入冻结期， 10 层方案模拟的
日定义为土壤深度 0. 05 m 日最高土壤温度大于 冻结初始日滞后约 12 天， 而 30 层方案的模拟结果
0 ℃的第一天（张戈等， 2023； 武月月等， 2022）。 与实测值最为接近。在 0. 4 m 土壤深度［图 3（d）］，
表 6为玛多站 2017 -2018年土壤冻融时间的模 观测值显示 11月 4日进入冻结期， 30层方案的模拟
拟结果与观测值的对比情况， 图 3 为改进后三种分 值与实测值仍十分接近， 但较观测值提前了 3 天，
层方案对 2017 -2018 年冻结期各层土壤温度的模 而 10 层方案的冻结期滞后更为明显， 较观测值推
拟结果与观测值的对比情况。从表 6 与图 3 的结合 迟了 15 天。至于 0. 8 m 和 1. 6 m 土壤深度［图 3
分析中可以得出： 在 0. 05 m 土壤深度［图 3（a）］中， （e）， （f）］， 30 层方案模拟效果较好， 与观测值显示
观测值显示冻结期从 10 月 17 日开始， 10 月 23 日完 的冻结初日相吻合， 但 10 层方案冻结初始日分别
全进入冻结期， 三种方案所模拟的冻结初日也与观 延至 11 月 27 日和 1 月 15 日。总体来看， 改进后的
测值较为接近。然而， 随着土壤深度的增加， 冻结 三种方案在模拟浅层土壤的冻结初日时表现更加

表6 2017 -2018年玛多站土壤冻融时间模拟与观测对比
Table 6 Comparison of simulated and observed soil freeze-thaw times at Mado station from 2017 to 2018
统计量 方案 0. 05 m 0. 1 m 0. 2 m 0. 4 m 0. 8 m 1. 6 m
冻结初日/（月-日） 观测 10-17 10-23 10-25 11-04 11-20 12-23
10层 10-22 11-03 11-07 11-20 11-27 01-15
20层 10-21 10-25 11-02 11-05 11-25 12-24
30层 10-19 10-24 10-25 11-01 11-21 12-23
完全冻结初日/（月-日） 观测 10-24 11-02 11-03 11-05 11-21 12-24
10层 10-28 11-07 11-13 11-21 11-29 01-18
20层 10-26 11-05 11-06 11-14 11-28 12-24
30层 10-25 11-03 11-04 11-05 11-23 12-24
消融初日/（月-日） 观测 03-27 04-06 04-18 04-24 04-27 05-17
10层 04-24 05-18 06-08 06-28 07-01 07-09
20层 04-18 05-02 05-17 05-26 06-28 07-07
30层 04-02 04-20 05-14 05-18 06-27 07-06