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科研進展

青藏高原多年凍土區活動層水熱關鍵陸面過程模擬研究取得進展

發表日期:2021-04-01來源:西北生態環境資源研究院放大 縮小

  陸面過程模型數量、種類繁多眾多,對陸面模式的參數化方案進行評估有助于增強我們對模型行為的理解,并為模型的改進提供參考。由于在一個建模框架內選擇參數化方案非常簡單,Noah-MP在相關模型比較工作中受到了廣泛的關注。然而,目前針對多年凍土區土壤水熱過程的模型比較研究仍然比較匱乏。 

  針對以上問題,中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室吳通華研究員團隊以多年凍土典型站點唐古拉站為研究對象,考慮前期工作中提出的風導致的積雪升華Gordon和湍流過程組合方案Y08-UCT兩個物理過程(參考https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JD032588),對Noah-MP模型對積雪事件、活動層溫度和活動層水分的模擬能力進行了全面的評估,識別了影響較大的物理過程,并進一步研究了不同參數化方案的表現。研究發現: 

  1Noah-MP傾向于高估積雪事件(圖1a),積雪升華(SUB)和雪/土壤溫度時間方案(STC)對積雪事件的影響最大(圖1b)。考慮風導致的積雪升華(SUB(2))和半隱式雪/土壤溫度時間方案(STC(1)),可以有效地改善模型對積雪的高估(圖1c)。 

  2)模型對積雪的高估大大導致了土壤溫度的低估(圖2),土壤溫度因此主要受積雪過程的主導(圖3)。輻射傳輸冠層間隙(RAD),表層拖曳系數(SFC)以及徑流和地下水(RUN)過程對土壤溫度的影響次之,其余過程的影響十分有限(圖3)。消除積雪的影響后,土壤溫度仍然存在系統的冷偏差和較大的不確定性,特別是在寒冷季節的深層(圖2)。Y08-UCT的組合方案有助于解決土壤溫度的冷偏差。 

  3Noah-MP傾向于低估土壤濕度。大多數物理過程對土壤水分的影響有限,其中RUN過程占主導地位(圖2)。STCSUB過程對暖季淺層液態水含量有較大影響(圖3)。 

  在北麓河站也得到了類似的結論。相關方法與結論能夠為青藏高原多年凍土區活動層水熱和多年凍土模擬提供參考。該成果以Assessing the simulated soil hydrothermal regime of the active layer from the Noah-MP land surface model (v1.1) in the permafrost regions of the Qinghai–Tibet Plateau為題發表在期刊Geoscientific Model Development上。中國科學院西北生態環境資源研究院博士生李祥飛為論文第一作者,吳通華研究員為論文通訊作者。該研究得到了中科院“西部之光”,國家自然科學基金(41690142417710764196114402142071093),以及國家冰川凍土沙漠科學數據中心開放基金(E0510104)的聯合資助。

  文章鏈接

2 唐古拉站不同深度處土壤溫度和土壤液態水含量的月變化,淺藍色陰影表示集合模擬結果的標準差,黑色點線表示包含STC(1)SUB(2)的集合模擬的平均值(即不考慮積雪) 

 

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