Page 26 - 《高原气象》2026年第1期
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高 原 气 象 45 卷
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地土壤， 研究能够更贴切地反映湿地土壤的独特水 1
特征参数， t i - 1/2 = (t i - 1 + t i ) 时刻的平均土壤湿
力行为， 为改进湿地环境下的陆-气相互作用模拟 - 2 -
度 θ i - 1/2 和几何平均土壤吸力 h geo，i - 1/2 通过如下方法
奠定基础。Brooks-Corey方案描述土壤持水和导水
特征的方程分别如下： 计算：
ì ( ) -λ - θ i + θ i - 1 （3）
θ i - 1/2 =
ψ
ï ï ) 2
ï ïθ r + ( θ s - θ r
θ( ψ) = í ψ b ψ > ψ b （1）
ï ï θ s ψ ≤ ψ b - (h 1，i + h 1，i - 1 ) + (h 2，i + h 2，i - 1 ) （4）
ï ï
h geo，i - 1/2 =
î
2
K (θ) = í ( ) 3 + 2 λ 获取非饱和导水率同样基于线性假设原理， 即
ì
ï ï
θ - θr
ï ï K s
ï ï θ s - θr ψ > ψ b （2） 土柱中间层 ∆t i - 1/2 时间间隔内水的蒸发通量 q ̂ c，i - 1/2
ï ï K s ψ ≤ ψ b 为土壤整体蒸发通量q 0，1 - 1/2 的一半：
î
式中： θ( ψ) 表示在土壤吸力为 ψ 时的土壤湿度， q ̂ c，i - 1/2 = q 0，1 - 1/2 = L θ i + θ i - 1 （5）
2 2 ∆t i - 1/2
K (θ) 是在含水量为 θ 时的非饱和导水率。K s 代表
式中： L 为样本高度（L=5 cm）。土柱中间层的平均
饱和导水率， θ s 代表饱和含水量， θ r 代表残余含水 土壤吸力梯度 ∇H i - 1/2 可通过 ∆t i - 1/2 时间间隔内 h
量， ψ b 代表进气吸力， λ代表孔径分布指数。 - - 1，i
和h 的平均吸力h 1，i - 1/2 和h 2，i - 1/2 估算：
2，i
3. 3 降水头法和称重法 - -
∇H i - 1/2 = h 1，i - 1/2 - h 2，i - 1/2 - 1 （6）
Brooks-Corey 方案中的饱和导水率 K s 和饱和 z 2 - z 1
含 水 量 θ s 分 别 采 用 降 水 头 法 和 称 重 法 测 得（De 再根据 Darcy-Buckingham 定律可以计算获取
Rooij， 2004）。降水头法通过观察水头下降过程中 非饱和导水率K i - 1/2 ：
水流的变化来推算土壤的渗透能力。在实验中， 首 -q ̂
K i - 1/2 = c，i - 1/2 （7）
先将土样安装于 250 cm³的环刀内， 浸泡于水中至 ∇H i - 1/2
水位略高于土壤表面， 然后进行 6 h 的脱气处理以 通过上述的蒸发实验和简化蒸发方法获得土
确保土壤完全饱和。随后， 将饱和的土样置于 壤水力特征曲线湿端的离散数据点， 而要获取全域
UMS KSAT设备中进行测量［图1（g）］， 通过非线性 的特征线， 配合露点仪（WP4C）测量土壤持水特征
最小二乘回归拟合指数函数以计算 K s 值， 并在 线干端的数据点。最后， 根据简化蒸发方法获取
-
-
20 ℃条件下对每个土样重复测量三次， 以提高测 WP4C 测量的吸力与体积含水量（h geo，i - 1/2 ， θ i - 1/2 ）的
-
量结果的精度和可靠性。 离 散 数 据 ， 以 及 吸 力 与 非 饱 和 导 水 率（h geo，i - 1/2 ，
称重法的核心步骤包括对土样进行饱和处理、 K i - 1/2 ）离 散 数 据 点 ， 应 用 结 合 SCE-UA（Shuffled
干燥和质量测量。具体来说， 将经过脱气饱和的土 Complex Evolution Method）全局最优化算法可获取
样静置 24 h 后以稳定含水状态， 然后放入 75 °C 的 连续的水力学性质参数， 具体步骤详见 Wang et al
烘箱中干燥 48 h， 最后使用分析天平测量其干重。 （2024）。
饱和含水量 θ s 根据土样在饱和状态下的水分重量 3. 5 WRF模型试验设计
与干重的比值计算得出， 同时通过干重与体积的比 需要说明的是， 在气象模型中， 看似简单的物
值计算出容重。 理概念或公式， 实际应用于降水模拟时， 常涉及复
3. 4 瞬态蒸发实验和简化蒸发方法 杂的尺度转换和过程耦合， 远比预想更为复杂。尽
Brooks-Corey 方案中的残余含水 θ r 、 进气压力 管 WRF 模型具备大尺度模拟能力， 但大尺度模拟
ψ b 以及孔径分布指数 λ是基于瞬态蒸发实验通过简 中的不确定性增加且变量控制较为困难。相比之
化蒸发方法获取的（Peters et al， 2015）。瞬态蒸发 下， 基于站点尺度的模拟更具可控性， 能够更细致
实验中包含两个高精度张力计［图 1（e）］， 用于提供 地分析土壤参数对降水过程的具体影响。由于整
被测土壤样本（5 cm）中 z 1 （1. 25 cm）和 z 2 （3. 75 cm） 个青藏高原大尺度模拟涉及更多的模型参数化方
高度处， 第 i 个时刻(t i )对应的土壤吸力观测值 h 1，i 案和数据误差， 在目前的研究阶段尚不具备足够的
和 h 。简化蒸发方法基于线性假设， 样本的平均 可操作性。因此， 鉴于本研究的目标是探讨湿地土
2，i
体积含水量（θ i ）可通过分析天平称重所得的质量含 壤的水力特性与降水之间的关系， 当前的研究重点
水量与土壤容重( ρ BD )计算获得［图 1（e）］。为了避 集中在站点尺度WRF模拟上。
免单个测量值的误差影响， 获取更准确的土壤水力 本研究在表 2 所列 WRF 物理参数化方案的基
