Page 235 - 《高原气象》2025年第5期
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5 期                   林赵钰等：基于BCC_AVIM陆面潜热通量参数化方案敏感性研究                                      1353
               指标， 对人类和陆地生态系统产生重要影响（Tren‐                        模拟效果（Burns et al， 2018）； Godfrey and Stensrud
               berth et al， 2009； Pan et al， 2015； 蒲春等， 2024）。  （2009）研究发现在 LSM 中将经验潜热通量参数化
               陆面模式是指定量描述陆面过程以及研究人类活                             方案与经验冠层蒸腾方案相结合， 可以增加潜热通
               动与环境相互作用的数学物理模式（Dickinson et                      量模拟值， 使得潜热通量模拟误差降低约 92%； 蔡
               al， 1991； 戴永久， 2020）。利用陆面模式， 对潜热                  福等（2014）基于 CoLM 模式， 改变叶面积指数与植
               通量进行准确模拟， 对于理解全球水循环及气候变                           被覆盖度的关系后， 潜热通量模拟相对均方差减少
               化具有重要意义。                                          0. 007， 模型效率系数提升 0. 013； 叶丹等（2017）在
                   陆面模式的发展需要经过对模式的不断检验，                          基于 Noah-MP 不同参数化方案在半干旱区适用性
               以使其更加真实地反映地表物理和生物化学过程。                            的研究工作中， 将默认气孔阻抗方案更换为 Jarvis
               近年来， 在陆面潜热通量模拟评估方面， 国内外学                          方案， 增大了植被蒸腾潜热， 使得潜热通量模拟均
                                                                                          -2
               者做了大量研究。例如， 张宇和吕世华（2002）利用                        方根误差减少约 72. 49 W·m ； Zhang et al（2014）改
               LSM对藏北高原进行了陆面过程模拟试验， 结果显                          进了 Noah 陆面模式冠层阻抗方案， 将冠层阻抗与
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               示模拟的潜热通量被高估约 120 W·m ； 胡伟等                        土壤水分的线性关系调整为指数关系， 明显改善了
              （2020）在使用 Noah-MP 模拟青藏高原地表通量时                      冠层阻抗计算， 降低了原方案潜热通量模拟误差。
               发现， 藏东南地区的潜热通量模拟效果较好， 但其                              除此之外， 土壤蒸发也是影响潜热通量模拟结
               他站点在不同季节与实测值存在较大差异。针对                             果的关键物理过程。土壤含水量状态、 植物凋落覆
               高寒草甸和茶树地表， 分别使用 SiB2 和 SiB3 进行                    盖物等对土壤蒸发过程的合理描述具有重要意义。
               地表通量模拟， 结果显示 SiB3 在潜热通量模拟方                        因此， 本文基于 BCC_AVIM 模式， 在原有潜热通量
               面优于 SiB2， 草甸下垫面模拟效果优于茶树地表，                        参数化方案基础上， 考虑了土壤分子扩散速率、 植
               但两个模式皆低估了潜热通量模拟值（张庚军等，                            物凋落覆盖物以及土壤干燥表层厚度对水汽传导
               2013）。谢志鹏等（2017）在 CLM4. 5 对青藏高原高                  过程的影响， 并利用平坦均匀高寒草甸下垫面的玛
               寒草甸地表能量交换模拟评估过程中发现， 由于冬                           曲站和复杂森林下垫面的川南林区四峨山观测塔
               季表层液态含水量模拟值的高估， 导致潜热通量在                           两个站点资料进行模拟试验， 对比分析潜热通量、
               冻融期模拟值较观测值高估约 80 W·m 。Song et                     感热通量、 土壤温度和土壤湿度等气象要素， 探讨
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               al（2020）在 CLM4. 5 和 CLM5. 0 模拟哥斯达黎加山              不同下垫面对不同潜热通量参数化方案的敏感性
               地雨林陆面过程时发现， 两种模式皆表现为植被蒸                           及原因， 旨在为陆面过程模式模拟的改进和发展提
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               腾速率被高估约 2. 1×10 mm·s ， 导致潜热通量高                    供参考。
               估， 并提出针对该下垫面改进叶片湿润过程、 光合                          2  潜热通量参数化方案介绍
               作用模型和空气动力阻力模型。这些研究给出了
               在不同下垫面条件下不同陆面模式的潜热通量模                             2. 1 BCC_AVIM 模式及其潜热通量参数化方案
               拟能力， 加强了对陆面模式中潜热输送过程的理                                 简介
               解， 也证明了陆面模式对不同下垫面潜热通量的准                               BCC_AVIM 是 中 国 国 家 气 候 中 心 基 于 美 国
               确刻画对于陆面过程模拟工作发展的重要性。                              NCAR建立的通用陆面过程模式 CLM3. 0和由季劲
                   基于前人诸多潜热通量模拟评估结果， 不少研                         钧等发展的大气-植被相互作用模型 AVIM2（Ji，
               究学者通过试验， 优化和发展了与潜热通量相关的                           1995）发展而来的陆面过程模式（吴统文等， 2014）。
               冠层蒸发、 植被蒸腾参数化方案， 是促进陆面过程                          该模式能够模拟植被、 土壤、 大气之间的热量和水
               模拟工作发展的重要方向。Bonan et al（2018）基于                   分交换的生物物理过程， 以及植被生长的生态生理
               CLM4. 5陆面模式在冠层模型中进行粗糙度子层湍                         过程、 土壤碳分解等生物化学过程（刘子莎等，
               流参数化， 通过显著改进气孔导度和冠层生理模                            2024）。
               拟， 森林潜热通量模拟误差降低约 75 W·m ； Yang                        基于 Monin-Obukhov 相似理论潜热通量、 感热
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               et al（2019）指出在 CLM4. 5 模式中改进冠层截留方                 通量可通过下式计算：
               案后， 会使得潜热通量模拟值在湿季的偏差减少                                              E = E v + E g           （1）
               23%， 干季减少 29%； 也有研究发现针对高山森                                                                w
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                                                                 E v = -ρ atm [ c a q atm + c g q g - (c a + c g )q sat ]  c v
                                                                           w
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               林， 将 CLM4. 5 模式中最大叶片湿分数从 1 降至                                                        c a + c v + c g w
               0. 02， 可以改进冠层蒸发方案， 显著改善潜热通量                                                                 （2）
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