Page 237 - 《高原气象》2025年第5期

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 1355
大气蒸发状况将很大程度取决于水蒸气通过干燥层 成都信息工程大学建设和运行的成都平原城市气
的扩散速率（Deol et al， 2012）。Swenson and Law‐ 象与环境四川省野外科学观测研究站， 该站位于川
rence（2014）对此引入了基于干燥层厚度状态的土壤 南地区乐山市四峨山（29. 52°N， 103. 34°E）， 站点
蒸发阻抗参数， 修改了土壤至冠层空气的水汽传导 海拔 970 m， 下文简称四峨山站。四峨山站下垫面
w
率（ c g ）， 增加了土壤蒸发阻抗系数r soi ， 方案如下： 为典型山地森林， 平均林冠高度达 15 m（常娜等，
1 2022）。选用该站点 2022年 6月 1日至 12月 31日的
w
c g = （17）
r' aw + r soi 观测资料作为大气强迫资料， 并选用 2022 年 6 月 3
DSL
r soi = （18） 日 08:00（北京时）的观测资料生成初始文件作为初
D v τ 始场， 驱动 BCC_AVIM 模式进行单点数值模拟试
ì ( θ init - θ 1 )
ï ï θ 1 < θ init 验。资料包括 38 m 高度的气温（单位： ℃）、 比湿
ï ï D max
DSL = í ( θ init - θ air ) （19） -1 -1
ï ï 0 θ 1 ≥ θ init （单位： kg·kg ）、 风速（单位： m·s ）、 地表气压（单
ï ï
( T f) 1.75 位： W·m ）、 入射太阳（短波）辐射（单位： W·m ），
î
位： hPa）、 降水量（单位： mm）、 入射长波辐射（单
-2
-2
D v = 2.12 × 10 -5 T 1 （20） 时间分辨率为 30 min（图 1）。在该时段内， 夏季平
-1
式中： r soi （单位： s·m ）为土壤蒸发阻抗系数； DSL 均 温 度 为 25. 20 ℃ ， 秋 季 为 15. 65 ℃ ， 12 月 为
-2
2
（单位： m）为干燥层厚度； D v （单位： m·s ）为空气 4. 54 ℃； 气压与温度呈明显负相关， 相关系数为
中水蒸气的分子扩散系数； τ 为通过土壤基质的蒸 -0. 85； 降水主要集中在 9 月。同时选取该站点
汽流动路径弯曲度； D max 是指定最大 DSL 的长度尺 2022 年 6 月 3 日至 12 月 31 日的观测资料进行分析，
度的参数（默认值为 15 mm）； θ init 、 θ 1 、 θ air （单位： 资料包括通过实测的水汽、 超声虚温及三维超声风
-3
3
mm·mm ）分别为 DSL 形成时的水分值、 顶层土层 速等原始湍流数据， 进行公式计算得出的潜热通
的水分值、 空气干燥时的土壤水分值； T 1 、 T f （单 量、 感热通量数据（范德民等， 2024）、 土壤温度
位： K）分别为表层土壤温度、 土壤水冻结时温度。 （-5 cm、 -20 cm）、 土壤含水量（-5 cm、 -20 cm）。
2. 4 Sakaguchi and Zeng 方 案 与 Swenson and 模拟期间四峨山站观测数据质量总体较好， 在 6 -
Lawrence方案的综合方案（简称SZ-SL方案） 10 月期间， 当平均时间为 30 min 时， 由最小二乘法
为充分考虑 β soi 、 r litter 、 r soil 对潜热通量参数后方 的斜率表征的能量闭合度达 53. 9%（刘禹辰等，
案的协同作用， 将其整合如下： 2024）。
玛曲站地处甘、 青、 川三省交界处， 坐标为
w
c g = β soi （21）
r' aw + r litter + r soil （33°53. 232′N， 102°08. 439′E）， 下垫面主要为均
因此基于这些学者的工作成果， 陆面潜热通量 匀高寒草甸， 海拔 3423 m（王少影等， 2012）， 选用
参数化方案如表1所示： 玛曲站 2010年 6月 1日至 9月 30日的观测资料作为

表1 潜热通量相关参数化方案 大气强迫资料， 并选用 2010 年 6 月 1 日 08:00（北京
Table 1 Parameterization schemes related to 时）的观测资料生成初始文件作为初始场， 驱动模
latent heat flux 式。资料时间间隔为 30 min， 包括（图 2）， 10 m 高
-1
方案名称 方案表达式 度的气温（单位： ℃）、 比湿（单位： kg·kg ）、 风速
-1
1 （单位： m·s ）地表气压（单位： hPa）、 降水量（单
w
BCC_AVIM方案 c g =
位： mm）、 入射长波辐射（单位： W·m ）、 入射太阳
r′ aw -2
-2
w
S-Z方案 c g = β soi （短波）辐射（单位： W·m ）。在该时段内， 日均最
r′ aw + r litter
高气温为 17. 00 ℃， 日均最低气温为 3. 38 ℃； 相对
1
w
S-L方案 c g = 湿度基本上在 60% 以上； 主要降水集中在 7 月份。
r' aw + r soi
本文选取该站 2010年 6月 1日至 9月 30日观测资料
β soi
w
SZ-SL方案 c g =
r' aw + r litter + r soil
进行对比分析， 包括涡动相关系统观测的潜热、 感
热通量（3. 2 m）、 土壤温度（-5 cm， -20 cm）、 土壤
3 数据来源与方法介绍
含水量（-5 cm、 -20 cm）。模拟期间玛曲站观测数
3. 1 数据来源 据质量总体较好， 在 6 -10 月期间， 能量平衡比达
本文所使用的复杂森林下垫面观测数据源自 91%（Wang et al， 2016）。