Page 5 - 《高原气象》2025年第3期
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第 44 卷  第 3 期                        高     原     气    象                             Vol. 44  No. 3
                 2025 年 6 月                       PLATEAU METEOROLOGY                                June， 2025


               杨发利， 杨显玉， 吕世华， 2025.  BCC-CSM 模式土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案对青藏高原土壤水热输送的模拟研
               究［J］. 高原气象， 44（3）： 563-577.  YANG Fali， YANG Xianyu， LV Shihua， 2025.  Simulation of Soil Water and Heat Transfer
               on the Qinghai-Xizang Plateau Using the BCC-CSM Model with Enhanced Soil Stratification and Freeze-Thaw Gravel Parameter‐
               ization［J］. Plateau  Meteorology，  44（3）：  563-577.   DOI：  10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2024. 00090. CSTR：32265. 14. gyqx.
               CN62-1061/P. 2024. 00090.




                 BCC-CSM模式土壤分层及其冻融砾石参数化集成

                         方案对青藏高原土壤水热输送的模拟研究



                                                杨发利， 杨显玉， 吕世华

                           （成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室/成都平原城市气象与环境四川省
                                  野外科学观测研究站/四川省气象灾害预报预警工程实验室，  四川  成都    610225）

                       摘要： 本研究旨在通过采用一种新颖的土壤分层及其冻融砾石参数化集成方案， 以增强对青藏高原土壤
                       水热过程的模拟精度。鉴于该地区独特的地理形态和复杂的气候条件， 传统的数值模式在准确模拟方
                       面面临挑战。新方案结合了土壤冻融参数化方案、 土壤砾石参数化方案以及土壤垂直离散化方案， 更全
                       面地考虑了青藏高原土壤的特性和地形的复杂性。为验证所提出方案的有效性， 本研究采用国家地球
                       系统模式中心的 BCC-CSM 大气环流模式对集成方案进行了测试和评估。模拟结果显示， 通过耦合土壤
                       冻融和砾石参数化方案， 土壤水热分布的模拟效果得到了显著提升， 尤其是在冬季和土壤深层效果较明
                       显。在此基础上， 对土壤分层进行加密（分别增至 20 层和 30 层）， 进一步优化了青藏高原土壤温度和湿
                       度的模拟结果。结果显示， 加密至 30 层的集成方案模拟效果最佳， 20 层方案次之。该方案显著降低了
                       土壤温度模拟的偏差和均方根误差， 尤其在青藏高原中西部， 且冬季模拟效果优于夏季。尽管土壤湿度
                       模拟效果不如温度， 但加密方案仍一定程度上减少了误差， 且浅层土壤模拟效果更佳。土壤分层加密提
                       高了模拟值与我国第一代全球大气和陆面再分析产品（Chinese Atmospheric Reanalysis， 简称 CRA）之间
                       的相关系数， 增强了模拟与观测的一致性， 尤其在青藏高原中部和西部。本研究不仅为深入理解青藏高
                       原土壤水热过程的机理和特性提供了新的视角， 而且为未来的气候模拟和预测工作提供了关键的方法
                       论和技术支持。此外， 本研究提出的集成方案对于其他高原地区土壤水热过程的模拟也具有参考价值，
                       并有望在更广泛的领域得到应用和推广。
                       关键词： 青藏高原； 土壤水热； 模式土壤分层； 冻融砾石参数化； BCC-CSM模式
                       文章编号： 1000-0534（2025）03-0563-15   中图分类号： P437   文献标识码： A
                       DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2024. 00090
                       CSTR： 32265. 14. gyqx. CN62-1061/P. 2024. 00090


               1  引言                                             多挑战与问题（吴国雄等， 2004）。土壤水热过程模
                                                                 拟的准确性与土壤冻融过程、 土壤砾石含量和模式
                   青藏高原地区作为世界上最大的高原之一， 其                         土壤垂直离散化方案有很大的依赖性。诸多研究
               地形复杂、 气候多变， 对全球气候系统具有重要的                          表明， 青藏高原冻土区的冻融过程对陆气相互作用
               调节作用。然而， 在面对全球气候变化的背景下，                           过程之中的水热交换、 地表植被生长、 季节变化和
               青藏高原地区的土壤水热过程模拟仍然存在着诸                             东亚地区降水等方面都有重要作用（杨梅学等，


                  收稿日期： 2024⁃04⁃12； 定稿日期： 2024⁃08⁃15
                  资助项目： 国家自然科学基金面上项目（42275080）； 第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0103）； 中国气象局地球系统数
                         值预报中心数值预报模式研发专项（CXFZ2022M001）
                  作者简介： 杨发利（1999 -）， 男， 云南玉溪人， 硕士研究生， 主要从事陆面过程与数值模拟研究. E-mail： 2860149134@qq.com
                  通信作者： 杨显玉（1982 -）， 男， 内蒙古赤峰人， 副教授， 主要从事陆面过程和气候变化等研究. E-mail： xyang@cuit.edu.cn
                  © Editorial Department of Plateau Meteorology （CC BY-NC-ND）
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