Page 28 - 《高原气象》2026年第1期
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高     原      气     象                                 45 卷
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                                 EL                             壤持水量存在明显的空间差异性， 且均高于默认土
                        CAPE =  ∫  g  T parcel - T env  dz  （11）
                                 LFC    T env                   壤持水量。随着土壤水势的增加， 样本土壤持水量
             式中： LFC 为自由对流高度， 即对流开始的高度；                         和默认土壤持水量均呈现下降趋势， 但多数样本的
             EL 为平衡高度， 即对流停止的高度； T parcel 和 T env 分             土壤持水量仍保持高于默认值， 仅个别样本的持水
             别代表气团温度和环境温度； g 为重力加速度。                            量降至低于默认值的水平。对于 25 cm 土壤， 湿端
                               -1
             CAPE的单位： J·kg 。                                    样本间的空间差异性较小， 且仅一个样本的持水量
                  在 CAPE 的计算中， 作为计算基准的气团类型                      低于默认土壤持水量。随着土壤水势的增加， 大多
             有多种选择（Doswell and Rasmussen， 1994）， 本研             数样本的土壤持水量明显下降， 除个别样本外， 其
             究选取地表气团进行计算。基于地表气团的对流                              余均低于默认土壤持水量。需要指出的是， WRF
             有效位能计算使用地表温度和湿度作为计算的初                              模式的土壤参数设置采用单一默认值， 没有根据不
             始条件， 能够快速地反映地表环境变化对对流的                             同土壤深度进行分层设置， 因此仅在图 2（a）中展示
             影响。                                                了默认参数的土壤持水特征曲线。总体来看， SEM
              4  结果与分析                                          实测结果更加详细地揭示了不同深度土壤在湿端
                                                                和干端的水分保持行为， 显示了研究区域土壤的持
             4. 1 水力学参数有效性评估                                    水特性及其显著的深度变化特征。
                  在 WRF 模型中， Noah-MP 陆面过程模块的默                       图 2（b）和图 2（d）分别展示了 5 cm 和 25 cm 深
             认土壤水力学参数是通过 SOILPARM. TBL 文件进                      度土壤的导水特征曲线。结果表明， 不同地点的土
             行设置的。表 3 对比了模型默认土壤水力参数                             壤导水率存在较大差异， 尤其是在饱和导水率上，
             （DEF）与基于简化蒸发法（SEM）测得的水力参数，                         表现出强烈的空间变异性。具体而言， 不同位置的
             结果显示两者存在显著差异。首先， SEM方法下的                           饱和导水率差异较大， 某些区域的导水率显著高于
             饱和导水率（K s ）明显低于默认参数， 这主要是由于                        或低于其他区域， 表明土壤性质在空间上的不均匀
             模式默认参数未能真实捕捉研究区域土壤的实际                              分布。相比之下， 默认土壤模型预测的非饱和导水
             渗透能力。其次， SEM方法得到的饱和体积含水量                           率普遍高于实测值， 这种高估可能与模式未能充分
             （θ s ）和残余体积含水量（θ r ）均高于默认参数， 这与                    反映研究区域土壤的实际结构特性有关， 特别是非
             研究区域湿地土壤的高腐殖质含量和较大的孔隙                              饱和条件下对导水率的高估。值得注意的是， 在接
             度特征相一致。此外， SEM 方法得到的基质吸力                           近饱和的阶段， 土壤导水能力相对较强， 表现出比
             （ψ b ）和孔隙度分布指数（λ）也显示出显著的变化趋                        一般土壤更高的导水速率。然而， 随着吸力的增
             势， 进一步表明湿地土壤的孔隙分布与模式默认假                            加， 土壤的导水率迅速下降， 这反映出土壤在干燥
             设的土壤结构存在显著差异性。这些结果表明，                              过程中导水能力的急剧减弱。这一变化特征表明，
             SEM 方法能够更真实地反映研究区域的土壤水力                            土壤的导水能力对接近饱和状态的水分含量高度
             特性， 为提高模型在湿地土壤条件下的模拟精度提                            敏感， 随着土壤干燥， 导水能力表现出明显的临界
             供了关键参数依据。                                          转变。为了对分析目标讨论进行简化， 本研究参考

                                                                Weber et al（2017）的方法， 将样本的水力学性质扩
                     表3  模型默认与SEM获取的水力参数
                                                                展到区域尺度， 近似地获取了更具代表性的样本平
                   Table 3  The hydraulic parameters of model
                          default and SEM-obtained              均土壤持水特征曲线和平均土壤导水特征曲线（图
                                                                中红色实线）。对于两个深度的有效平均土壤持水
                                           3
                                   -3
                                 3
                         -1
                                             -3
                    K s /（m·s ）  θ s /（m·s ）  θ r /（m·s ）  ψ b /m  λ
                                                                特征曲线和导水特征曲线， 总体在各样本曲线的中
               DEF  3. 38×10 -6  0. 439  0. 066  0. 355  5. 25
                                                                值范围上， 随着吸力增加， 水分保持量的变异性逐
               SEM  1. 00×10  -6  0. 700  0. 20  0. 430  2. 80
                                                                渐减弱， 而非饱和导水率则更接近非饱和导水率较
                  图 2进一步展示了研究区域土壤的水力特征曲                         高的样本。
             线。由图 2（a）和图 2（c）可知， 对于土壤持水特征曲                          对于 5 cm 土壤， 平均土壤持水特征曲线和平
             线， 5 cm 和 25 cm 深度的土壤， SEM 实测的土壤持                  均土壤导水特征曲线均高于默认特征曲线。在湿
             水 量（图 中 各 虚 线）与 模 型 默 认 的 土 壤 持 水 量                端， 平均土壤湿度和默认土壤湿度的差值最大， 约
                                                                         3
                                                                             -3
             （DSHP）在湿端（较低基质势）和干端（较高基质势）                         为 0. 3  cm ·cm 。 而 在 基 质 势 当 pF=4 时［pF=
             均存在显著差异。在 5 cm 土壤的湿端， 各样本土                         log 10 （ψ ［cm］）］， 平均土壤导水率与默认土壤导水率
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