土壤湿度与蒸散的关系及模拟研究

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土壤湿度与蒸散关系表达是陆气相互作用研究的重要环节,是陆面模式中的关键过程。然而,由于该过程的复杂性,当前不同模式中所采用的方案千差万别,对土壤湿度和蒸散关系的描述也具有差异。为了评估陆面模式对蒸散和土壤湿度关系的模拟能力和现状,本文利用试验观测资料,对常用的四个陆面模式(CLM(Community Land Model)、Noah_ LSM(The Noah Land Surface Model)、VIC(Variable Infiltration Capacity)、SSiB(The Simplified Simple Biosphere Model))中土壤湿度影响蒸散发的参数化方案进行了简化、对比和初步评估,同时检验了不同模式(CLM、Noah_ LSM、Noah_ MP(The Community Noah Land SurfaceModel with Multi-Parameterization Options)和VIC)在单点和区域尺度对陆面过程的模拟情况,取得了如下进展:  (1)单从参数化方案的角度,CLM与SSiB中描述土壤湿度影响裸土蒸发的参数化方案比Noah_LSM和VIC更为合理,同时CLM对于植被蒸散的模拟更为合理。  (2)根据中国科学院干旱半干旱区协同观测研究网络资料可知,CLM、SSiB与Noah LSM中土壤湿度影响植被蒸散的参数化方案的拟合效果较VIC好,同时在部分站点CLM与SSiB的参数化方案稍优于Noah_LSM,四个模式在干旱半干旱区的拟合效果较湿润区和半湿润区好。  (3)根据干旱半干旱区观测资料可知,在土壤较为干旱的站点,观测的土壤湿度与蒸散呈现出明显的正相关关系,而在土壤较为湿润的站点,二者的相关性较弱。根据模式单点运行结果可知,在夏季降水量较大的站点,模式对于土壤湿度和蒸散关系的模拟效果较好,能够从均值和变化特征上反映观测的变化过程,而在夏季降水量较小的站点,CLM对于二者关系的模拟效果较Noah_LSM和Noah_MP差。  (4)根据GLDAS1.0模式区域模拟结果可知,在模式对土壤湿度和蒸散关系的模拟上,CLM模拟的月尺度相关系数较Noah_ LSM和VIC大,CLM和VIC均在不同程度反映出了南方湿润地区相关系数较北方干旱半干旱区小的特点;而对于年平均值来说,CLM模拟的土壤湿度与蒸散之间的相关系数最高;在季节尺度上,三个模式都不同程度地模拟出了夏季相关系数最大,冬季相关系数最小的特征。此外,三个模式均模拟出了西南地区滞后相关的低值区。  (5)总的来说,CLM对能量平衡的模拟效果较好,Noah_ LSM仅次于CLM,Noah_MP对陆地水分变化特征的模拟效果较好,VIC适用于模拟我国陆地水分的空间特征和季节变化。
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