回顾了中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(High Resolution China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,HRCLDAS)的研发历程,重点介绍了HRCLDAS研发过程中的重要进展和突破,概要阐述了这些进展对HRCLDAS业...回顾了中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(High Resolution China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,HRCLDAS)的研发历程,重点介绍了HRCLDAS研发过程中的重要进展和突破,概要阐述了这些进展对HRCLDAS业务化的贡献。主要包括:引入1 km分辨率地形数据,采用多重网格变分分析技术制作1 km分辨率气象驱动数据;基于FY-2卫星1 km可见光通道、高分辨率地形及地表反照率等数据,改善地面入射太阳辐射产品质量与空间分辨率,利用辐射计算模型(Hybrid)模型与地面站日照时数、气温等观测资料模拟地面太阳辐射,并利用多重网格变分分析技术实现二者融合;实现东亚多卫星集成降水产品(EMSIP)与4万余自动站观测降水融合,并实时生成格点融合产品,针对陆面模拟分辨率高、数据量大的特点,设计了分块并行与模式并行结合的计算方案,建立了高效的土壤湿度模拟产品业务系统,有效地推动各级气象部门开展相关业务应用工作。展开更多
利用公共陆面模式Common Land Model(CoLM)及"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)中那曲地区Bujiao(BJ)站2002—2004年的观测资料对该地区进行了单点数值模拟试验。通过比较模拟与观测的地表能量通量,...利用公共陆面模式Common Land Model(CoLM)及"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)中那曲地区Bujiao(BJ)站2002—2004年的观测资料对该地区进行了单点数值模拟试验。通过比较模拟与观测的地表能量通量,表明CoLM较成功地模拟了该地区的能量分配。模式对向上的短波辐射、向上的长波辐射、净辐射及土壤热通量模拟得较好,但冬季存在偏差。进一步比较了模拟和观测的土壤温度及土壤湿度,发现浅层60 cm土壤温度模拟较好,深层存在偏差,表现为土壤温度变化滞后于实际变化。土壤湿度总体偏小,尤其是冬季冻结期,土壤冻融过程中忽略了土壤液态水在温度0℃以下仍能存在,含冰量模拟偏高。展开更多
利用1998年5月1日至9月18日狮泉河自动气象站(AWS)的观测资料作为强迫场,运用改进的陆面过程模式CoLM(Common Land Model),对青藏高原西部的陆面特征进行了模拟研究.结果表明,该模式能够较好地模拟出高原地区的陆面特征.在高原西部地表...利用1998年5月1日至9月18日狮泉河自动气象站(AWS)的观测资料作为强迫场,运用改进的陆面过程模式CoLM(Common Land Model),对青藏高原西部的陆面特征进行了模拟研究.结果表明,该模式能够较好地模拟出高原地区的陆面特征.在高原西部地表能量平衡过程中,感热通量占主要地位,潜热通量较小,但在高原西部的湿季,潜热通量也是不可忽略的.在5月及6月初表层土壤频繁的发生水分相变,使土壤在相变过程中不断地吸收和释放潜热.降水及土壤表层频繁的冻结-消融使地表有效通量(感热+潜热)发生变化.有效辐射中的感热、潜热的分配,即Bowen会发生变化,进一步影响到对大气的加热及大气水汽输送情况,大气状况的改变又反过来影响地表蒸散及土壤持水能力,使土壤水分状态和含量发生变化.展开更多
利用陆面过程模式Common Land Model(CoLM),选取青藏高原上3个不同下垫面观测站(藏东南站、纳木错站和珠峰站)的观测资料,对这3个野外观测站进行了单点数值模拟试验。根据3个测站的试验数据,对模式中土壤孔隙度和饱和导水率进行了优化,...利用陆面过程模式Common Land Model(CoLM),选取青藏高原上3个不同下垫面观测站(藏东南站、纳木错站和珠峰站)的观测资料,对这3个野外观测站进行了单点数值模拟试验。根据3个测站的试验数据,对模式中土壤孔隙度和饱和导水率进行了优化,针对青藏高原地区土壤层薄的特点,对模式中土壤分层方案进行了调整。结果表明,调整分层方案后的CoLM模式对3个测站土壤湿度的模拟性能较原分层方案有明显提高,平均偏差均减小0.014以上。但是与观测值相比,藏东南站土壤湿度的模拟整体偏低,纳木错站和珠峰站则整体偏高。对土壤温度而言,3个测站模拟与观测的相关系数都达到了0.9以上,珠峰站偏差较大,调整分层方案后模拟的偏差有一定的改进。模式较好地模拟了3个测站的净辐射、感热通量和潜热通量的日变化和季节变化情况,调整分层方案后潜热通量的改进最为明显。展开更多
本文基于中国1:100万植被图、马里兰大学AVHRR森林覆盖资料和中国753个气象站点40年的降水气温资料,发展了一套用于气候模拟的中国陆面覆盖资料(Chinese land cover derived fromvegetation map,简称CLCV)。该套资料与CLM(Community Lan...本文基于中国1:100万植被图、马里兰大学AVHRR森林覆盖资料和中国753个气象站点40年的降水气温资料,发展了一套用于气候模拟的中国陆面覆盖资料(Chinese land cover derived fromvegetation map,简称CLCV)。该套资料与CLM(Community Land Model)原来所用的MODIS(Moderate Resolution I maging Spectro-radiometer)陆面覆盖资料相比有较大不同:其中裸土比例减少了14.5%,森林、灌木、草原和农作物比例分别增加了3.3%、4.8%、4.4%和0.3%,冰川、湖泊和湿地比例分别增加了0.4%、0.8%和0.6%。将CLCV和MO-DIS资料分别与全国土地资源概查汇总结果分省统计资料和基于中国1km土地利用图的土地利用资料比较表明,CLCV与两者较为接近。最后,利用CLM模式分别采用CLCV与MODIS陆面覆盖资料在中国区域内进行数值模拟,结果显示,使用CLCV资料所模拟的蒸散增加了约7.7mm/a;地表反照率、感热和径流分别减小了约0.7%、0.3W/m2和7.6mm/a;与MODIS卫星反演地表反照率和GRDC(Global Runoff Data Centre)径流资料比较表明,利用CLCV资料所模拟的地表反照率有一定改进,并能基本模拟出径流分布趋势。展开更多
利用中国气象局国家气象信息中心研发的中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)大气近地面强迫资料,驱动美国国家大气研究中心公用陆面模式(Community Land Model,CLM3....利用中国气象局国家气象信息中心研发的中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)大气近地面强迫资料,驱动美国国家大气研究中心公用陆面模式(Community Land Model,CLM3.5),对中国新疆地区土壤温度时空分布进行逐小时Off-line模拟(模拟时段为2009—2012年);利用国家土壤温度自动站(新疆区域105站点)数据验证CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式在中国新疆地区3个土壤层(5cm、20cm和80cm)的土壤温度模拟能力。研究发现:在月变化方面,第1层(5cm)土壤温度模拟与实测值差异最大,在每年7月最大差异达5k左右;第2层(20cm)在每年7月达最大差异(3k左右),而第3层(80cm)在每年7月均模拟的很好。造成这种现象的原因可能因为新疆地区7月前后浅层土壤温度变化剧烈,温度白天最高可达300K以上,昼夜温差大,导致模式不能很好抓住浅层土壤温度的变化趋势。研究还发现,在80cm土壤深度,模式在1月、12月的模拟结果均较前两层差。在日变化方面,研究发现:较浅的两层(5cm和20cm)土壤温度模拟值在夏季和秋季均较差。与月变化模拟结果类似的是,80cm土壤层日变化在1、12月模拟较差,然而在其他时段却模拟的很好。在小时变化方面,分析发现:第1层土壤(5cm)模拟结果在每年的1—4月及9—11月的全天(即24 h),模式也会有不同的偏差:其中,在03UTC—21UTC之间主要表现为模式结果比观测结果偏高,而在日内21UTC—00UTC主要表现为模拟结果偏小。在每年的5—8月,全天模拟值都偏小,其中在09UTC达当日最大值。而距离第2层(20cm)处的土壤温度模拟值在大部分月份都偏差较小(-1K至1k之间),并在日内12UTC偏差达到当日最大值。研究发现,在土壤20cm处,模式模拟的最大值较观测值提前,而第3层(80cm)的土壤温度基本不受日内变化影响,表现较为平稳。造成这种影响的原因可能是因为展开更多
陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地...陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地区的模拟性能进行了检验与对比。通过比较观测值与模拟值,验证了模式在高原季节性冻土地区的适用性,发现CLM4.0较CLM3.0在模拟结果上有了一定提高。CLM4.0加入了未冻水参数化方案,使模式可以模拟到冬季土壤冻结后存留的未冻水,显著增加了冻融期间土壤含水量的模拟,同时减小了土壤含冰量的模拟值。并因此增大了模拟的冻土热容量,减小了热导率,使冻融期间土壤温度的模拟也有了一定改善。但是模拟中也发现对于较深层土壤,温度模拟值在冻融期间较观测显著偏低。另外,在消融(冻结)过程阶段CLM4.0模拟的土壤含水量骤增(骤降)的时间均较观测提前。消融过程、冻结过程阶段模拟时间偏短,而完全冻结、完全消融阶段模拟时间偏长。因此CLM对于高原冻土地区的模拟仍是其需要重点改进的地方之一。展开更多
Improving and validating land surface models based on integrated observations in deserts is one of the challenges in land modeling. Particularly, key parameters and parameterization schemes in desert regions need to b...Improving and validating land surface models based on integrated observations in deserts is one of the challenges in land modeling. Particularly, key parameters and parameterization schemes in desert regions need to be evaluated in-situ to improve the models. In this study, we calibrated the land-surface key parameters and evaluated several formulations or schemes for thermal roughness length （z 0h ） in the common land model （CoLM）. Our parameter calibration and scheme evaluation were based on the observed data during a torrid summer （29 July to 11 September 2009） over the Taklimakan Desert hinterland. First, the importance of the key parameters in the experiment was evaluated based on their physics principles and the significance of these key parameters were further validated using sensitivity test. Second, difference schemes （or physics-based formulas） of z 0h were adopted to simulate the variations of energy-related variables （e.g., sensible heat flux and surface skin temperature） and the simulated variations were then compared with the observed data. Third, the z 0h scheme that performed best （i.e., Y07） was then selected to replace the defaulted one （i.e., Z98）; the revised scheme and the superiority of Y07 over Z98 was further demonstrated by comparing the simulated results with the observed data. Admittedly, the revised model did a relatively poor job of simulating the diurnal variations of surface soil heat flux, and nighttime soil temperature was also underestimated, calling for further improvement of the model for desert regions.展开更多
The capability of an improved Dynamic Global Vegetation Model （DGVM） in reproducing the impact of climate on the terrestrial ecosystem is evaluated. The new model incorporates the Community Land Model- DGVM （CLM3.0...The capability of an improved Dynamic Global Vegetation Model （DGVM） in reproducing the impact of climate on the terrestrial ecosystem is evaluated. The new model incorporates the Community Land Model- DGVM （CLM3.0-DGVM） with a submodel for temperate and boreal shrubs, as well as other revisions such as the ＂two-leaf＂ scheme for photosynthesis and the definition of fractional coverage of plant functional types （PFTs）. Results show that the revised model may correctly reproduce the global distribution of temperate and boreal shrubs, and improves the model performance with more realistic distribution of di？erent vege- tation types. The revised model also correctly reproduces the zonal distributions of vegetation types. In reproducing the dependence of the vegetation distribution on climate conditions, the model shows that the dominant regions for trees, grasses, shrubs, and bare soil are clearly separated by a climate index derived from mean annual precipitation and temperature, in good agreement with the CLM4 surface data. The dominant plant functional type mapping to a two dimensional parameter space of mean annual temperature and precipitation also qualitatively agrees with the results from observations and theoretical ecology studies.展开更多
使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式（Common Land Model，CoLM）模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都...使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式（Common Land Model，CoLM）模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都比较敏感，而地表水文过程只对土壤质地敏感。土壤亮度相同时，相对砂性土壤，粘土含量高的土壤保水性强，土壤湿度、地表蒸发和径流量都比较大（月均最大差值：土壤湿度约为5kg·m^-2，地表蒸发和径流量约为年降水量的7％和1．2％），相应地在热通量分配上存在明显差异（月均最大差值为8W·m^-2）；土壤质地相同，亮度由亮变暗时，潜热通量变化很小，地表温度略有升高，而感热通量和净辐射增加显著（月均摄大差值为7W·m^-2）。土壤质地和亮度对模拟的影响主要存在于降水少、植被覆盖度低的3～5月。展开更多
The spectral version 1.1 of the Flexible Global Ocean–atmosphere–land System （FGOALS1.1-s） model was developed in the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophys- ical Fluid Dyn...The spectral version 1.1 of the Flexible Global Ocean–atmosphere–land System （FGOALS1.1-s） model was developed in the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophys- ical Fluid Dynamics at the Institute of Atmospheric Physics （LASG/IAP）. This paper reports the major modifications to the physical parameterization package in its atmospheric component, including the radiation scheme, convection scheme, and cloud scheme. Furthermore, the simulation of the East Asian Summer Monsoon （EASM） by FGOALS1.1-s is examined, both in terms of climatological mean state and interannual variability. The results indicate that FGOALS1.1-s exhibits significant improvements in the simulation of the balance of energy at the top of the atmosphere： the net radiative energy flux at the top was 0.003 W m-2 in the 40 years fully coupled integration. The distribution of simulated sea surface temperature was also quite reasonable, without obvious climate drift. FGOALS1.1-s is also capable of capturing the major features of the climatological mean state of the EASM： major rainfall maximum centers, the annual cycle of precipitation, and the lower-level monsoon circulation flow were highly consistent with observations in the EASM region. Regarding interannual variability, simulation of the EASM leading patterns and their relationship with sea surface temperature was examined. The results show that FGOALS1.1-s can reproduce the first leading pattern of the EASM and its close relationship with the decaying phase of the ENSO. However, the model lacked the ability to capture either the second major mode of the EASM or its relationship with the developing phase of the ENSO.展开更多
本文针对青藏高原部分地区土壤有机质和砾石含量较高的特点,在前人工作的基础上,发展了一个新的参数化方案以描述土壤有机质和砾石对土壤导热率、导水率的影响。通过对通用陆面模式CoLM中的土壤水、热参数化方案以及地表蒸发阻抗三方面...本文针对青藏高原部分地区土壤有机质和砾石含量较高的特点,在前人工作的基础上,发展了一个新的参数化方案以描述土壤有机质和砾石对土壤导热率、导水率的影响。通过对通用陆面模式CoLM中的土壤水、热参数化方案以及地表蒸发阻抗三方面的逐步改进,对青藏高原藏东南站和纳木错站两种不同下垫面进行单点数值模拟分析。对比原方案与最终优化方案的模拟结果表明:采用新方案的CoLM模式对藏东南站土壤湿度模拟性能明显提高,平均偏差减小到0.04,而对纳木错站浅层20 cm以上土壤湿度的模拟偏差略微增大。新方案在藏东南站对土壤内部温度的模拟改善较为显著,平均偏差减小了0.2°C;而在纳木错站40 cm以上有所改进。新参数化方案较好地模拟了两个观测站表面能量通量的时间变化,纳木错站7、8月份的潜热通量改进尤为明显,比原方案减少大约20 W m-2,与观测结果较为接近。展开更多
基于集合卡尔曼滤波和通用陆面模型(CLM1.0)发展了一个地表温度的同化系统。这个系统同化了MODIS温度产品,并将MODIS的叶面积指数引入CLM模型中,主要用于改进地表水热通量的估算精度。将CLM输出的地表温度与MODIS地表温度建立关系,并作...基于集合卡尔曼滤波和通用陆面模型(CLM1.0)发展了一个地表温度的同化系统。这个系统同化了MODIS温度产品,并将MODIS的叶面积指数引入CLM模型中,主要用于改进地表水热通量的估算精度。将CLM输出的地表温度与MODIS地表温度建立关系,并作为同化系统的观测算子。将MODIS地表温度与实测地表温度进行了比较,将其均方差(Root Mean Square Error,RMSE)作为观测误差。选取3个美国通量网站点(Blackhill、Bondville、Brookings)作为实验数据,结果表明:同化结果中地表温度、显热通量的估算精度均有提高。其中Blackhill站的估算精度改进最大,均方差由81.5W·m-2减小到58.4W·m-2,Bondville站均方差由47.0W·m-2减小到31.8W·m-2,Brookings站均方差由46.5W·m-2减小到45.1W·m-2。潜热通量估算精度在Bondville站均方差由88.6W·m-2减小到57.7W·m-2,Blackhill站均方差由53.4W·m-2减小到47.2W·m-2。总之,结合陆面过程模型同化MODIS温度产品估算地表水热通量是可行的。展开更多
利用第二次全国土壤调查土壤质地数据（SNSS）和中国区域陆地覆盖资料（CLCV）将陆面过程模式CLM3.5（Community Land Model version 3.5）中基于联合国粮食农业组织发展的土壤质地数据（FAO）和MODIS卫星反演的陆地覆盖数据（MODIS）...利用第二次全国土壤调查土壤质地数据（SNSS）和中国区域陆地覆盖资料（CLCV）将陆面过程模式CLM3.5（Community Land Model version 3.5）中基于联合国粮食农业组织发展的土壤质地数据（FAO）和MODIS卫星反演的陆地覆盖数据（MODIS）进行了替换,使用中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气强迫场资料,分别驱动基于同时改进土壤质地和陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-new）、基于只改进陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-clcv）、基于只改进土壤质地数据的CLM3.5（CLM-snss）和基于原始下垫面数据的CLM3.5（CLM-ctl）,对内蒙古地区2011~2013年土壤湿度的时空变化进行模拟试验,研究下垫面改进对CLM3.5模拟土壤湿度的影响。将四组模拟结果与46个土壤水分站点观测数据进行对比分析,结果表明：相对于控制试验,CLM-clcv、CLM-snss和CLM-new都能不同程度地改进土壤湿度模拟,其中CLM-clcv主要在呼伦贝尔改进明显,CLM-snss则在除呼伦贝尔以外的大部地区改进显著,CLM-ctl模拟的土壤湿度在各层上均系统性偏大,而CLM-new模拟土壤湿度最好地反映出内蒙古地区观测的土壤湿度的时空变化特征,显著改善了土壤湿度的模拟,体现在与观测值有着更高的相关系数和更小的平均偏差与均方根误差。展开更多
文摘回顾了中国气象局高分辨率陆面数据同化系统(High Resolution China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,HRCLDAS)的研发历程,重点介绍了HRCLDAS研发过程中的重要进展和突破,概要阐述了这些进展对HRCLDAS业务化的贡献。主要包括:引入1 km分辨率地形数据,采用多重网格变分分析技术制作1 km分辨率气象驱动数据;基于FY-2卫星1 km可见光通道、高分辨率地形及地表反照率等数据,改善地面入射太阳辐射产品质量与空间分辨率,利用辐射计算模型(Hybrid)模型与地面站日照时数、气温等观测资料模拟地面太阳辐射,并利用多重网格变分分析技术实现二者融合;实现东亚多卫星集成降水产品(EMSIP)与4万余自动站观测降水融合,并实时生成格点融合产品,针对陆面模拟分辨率高、数据量大的特点,设计了分块并行与模式并行结合的计算方案,建立了高效的土壤湿度模拟产品业务系统,有效地推动各级气象部门开展相关业务应用工作。
文摘利用公共陆面模式Common Land Model(CoLM)及"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)中那曲地区Bujiao(BJ)站2002—2004年的观测资料对该地区进行了单点数值模拟试验。通过比较模拟与观测的地表能量通量,表明CoLM较成功地模拟了该地区的能量分配。模式对向上的短波辐射、向上的长波辐射、净辐射及土壤热通量模拟得较好,但冬季存在偏差。进一步比较了模拟和观测的土壤温度及土壤湿度,发现浅层60 cm土壤温度模拟较好,深层存在偏差,表现为土壤温度变化滞后于实际变化。土壤湿度总体偏小,尤其是冬季冻结期,土壤冻融过程中忽略了土壤液态水在温度0℃以下仍能存在,含冰量模拟偏高。
文摘利用1998年5月1日至9月18日狮泉河自动气象站(AWS)的观测资料作为强迫场,运用改进的陆面过程模式CoLM(Common Land Model),对青藏高原西部的陆面特征进行了模拟研究.结果表明,该模式能够较好地模拟出高原地区的陆面特征.在高原西部地表能量平衡过程中,感热通量占主要地位,潜热通量较小,但在高原西部的湿季,潜热通量也是不可忽略的.在5月及6月初表层土壤频繁的发生水分相变,使土壤在相变过程中不断地吸收和释放潜热.降水及土壤表层频繁的冻结-消融使地表有效通量(感热+潜热)发生变化.有效辐射中的感热、潜热的分配,即Bowen会发生变化,进一步影响到对大气的加热及大气水汽输送情况,大气状况的改变又反过来影响地表蒸散及土壤持水能力,使土壤水分状态和含量发生变化.
文摘利用陆面过程模式Common Land Model(CoLM),选取青藏高原上3个不同下垫面观测站(藏东南站、纳木错站和珠峰站)的观测资料,对这3个野外观测站进行了单点数值模拟试验。根据3个测站的试验数据,对模式中土壤孔隙度和饱和导水率进行了优化,针对青藏高原地区土壤层薄的特点,对模式中土壤分层方案进行了调整。结果表明,调整分层方案后的CoLM模式对3个测站土壤湿度的模拟性能较原分层方案有明显提高,平均偏差均减小0.014以上。但是与观测值相比,藏东南站土壤湿度的模拟整体偏低,纳木错站和珠峰站则整体偏高。对土壤温度而言,3个测站模拟与观测的相关系数都达到了0.9以上,珠峰站偏差较大,调整分层方案后模拟的偏差有一定的改进。模式较好地模拟了3个测站的净辐射、感热通量和潜热通量的日变化和季节变化情况,调整分层方案后潜热通量的改进最为明显。
文摘本文基于中国1:100万植被图、马里兰大学AVHRR森林覆盖资料和中国753个气象站点40年的降水气温资料,发展了一套用于气候模拟的中国陆面覆盖资料(Chinese land cover derived fromvegetation map,简称CLCV)。该套资料与CLM(Community Land Model)原来所用的MODIS(Moderate Resolution I maging Spectro-radiometer)陆面覆盖资料相比有较大不同:其中裸土比例减少了14.5%,森林、灌木、草原和农作物比例分别增加了3.3%、4.8%、4.4%和0.3%,冰川、湖泊和湿地比例分别增加了0.4%、0.8%和0.6%。将CLCV和MO-DIS资料分别与全国土地资源概查汇总结果分省统计资料和基于中国1km土地利用图的土地利用资料比较表明,CLCV与两者较为接近。最后,利用CLM模式分别采用CLCV与MODIS陆面覆盖资料在中国区域内进行数值模拟,结果显示,使用CLCV资料所模拟的蒸散增加了约7.7mm/a;地表反照率、感热和径流分别减小了约0.7%、0.3W/m2和7.6mm/a;与MODIS卫星反演地表反照率和GRDC(Global Runoff Data Centre)径流资料比较表明,利用CLCV资料所模拟的地表反照率有一定改进,并能基本模拟出径流分布趋势。
文摘利用中国气象局国家气象信息中心研发的中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)大气近地面强迫资料,驱动美国国家大气研究中心公用陆面模式(Community Land Model,CLM3.5),对中国新疆地区土壤温度时空分布进行逐小时Off-line模拟(模拟时段为2009—2012年);利用国家土壤温度自动站(新疆区域105站点)数据验证CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式在中国新疆地区3个土壤层(5cm、20cm和80cm)的土壤温度模拟能力。研究发现:在月变化方面,第1层(5cm)土壤温度模拟与实测值差异最大,在每年7月最大差异达5k左右;第2层(20cm)在每年7月达最大差异(3k左右),而第3层(80cm)在每年7月均模拟的很好。造成这种现象的原因可能因为新疆地区7月前后浅层土壤温度变化剧烈,温度白天最高可达300K以上,昼夜温差大,导致模式不能很好抓住浅层土壤温度的变化趋势。研究还发现,在80cm土壤深度,模式在1月、12月的模拟结果均较前两层差。在日变化方面,研究发现:较浅的两层(5cm和20cm)土壤温度模拟值在夏季和秋季均较差。与月变化模拟结果类似的是,80cm土壤层日变化在1、12月模拟较差,然而在其他时段却模拟的很好。在小时变化方面,分析发现:第1层土壤(5cm)模拟结果在每年的1—4月及9—11月的全天(即24 h),模式也会有不同的偏差:其中,在03UTC—21UTC之间主要表现为模式结果比观测结果偏高,而在日内21UTC—00UTC主要表现为模拟结果偏小。在每年的5—8月,全天模拟值都偏小,其中在09UTC达当日最大值。而距离第2层(20cm)处的土壤温度模拟值在大部分月份都偏差较小(-1K至1k之间),并在日内12UTC偏差达到当日最大值。研究发现,在土壤20cm处,模式模拟的最大值较观测值提前,而第3层(80cm)的土壤温度基本不受日内变化影响,表现较为平稳。造成这种影响的原因可能是因为
文摘陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地区的模拟性能进行了检验与对比。通过比较观测值与模拟值,验证了模式在高原季节性冻土地区的适用性,发现CLM4.0较CLM3.0在模拟结果上有了一定提高。CLM4.0加入了未冻水参数化方案,使模式可以模拟到冬季土壤冻结后存留的未冻水,显著增加了冻融期间土壤含水量的模拟,同时减小了土壤含冰量的模拟值。并因此增大了模拟的冻土热容量,减小了热导率,使冻融期间土壤温度的模拟也有了一定改善。但是模拟中也发现对于较深层土壤,温度模拟值在冻融期间较观测显著偏低。另外,在消融(冻结)过程阶段CLM4.0模拟的土壤含水量骤增(骤降)的时间均较观测提前。消融过程、冻结过程阶段模拟时间偏短,而完全冻结、完全消融阶段模拟时间偏长。因此CLM对于高原冻土地区的模拟仍是其需要重点改进的地方之一。
基金jointly funded by the National Natural Science Foundation of China(GrantNo40775019)Desert Meteorology Science Foundation of China(Grant NoSqj2009012)Project of Key Laboratory of Oasis Ecology(Xinjiang University)Ministry of Education(Grant NoXJDX0206-2009-08)
文摘Improving and validating land surface models based on integrated observations in deserts is one of the challenges in land modeling. Particularly, key parameters and parameterization schemes in desert regions need to be evaluated in-situ to improve the models. In this study, we calibrated the land-surface key parameters and evaluated several formulations or schemes for thermal roughness length （z 0h ） in the common land model （CoLM）. Our parameter calibration and scheme evaluation were based on the observed data during a torrid summer （29 July to 11 September 2009） over the Taklimakan Desert hinterland. First, the importance of the key parameters in the experiment was evaluated based on their physics principles and the significance of these key parameters were further validated using sensitivity test. Second, difference schemes （or physics-based formulas） of z 0h were adopted to simulate the variations of energy-related variables （e.g., sensible heat flux and surface skin temperature） and the simulated variations were then compared with the observed data. Third, the z 0h scheme that performed best （i.e., Y07） was then selected to replace the defaulted one （i.e., Z98）; the revised scheme and the superiority of Y07 over Z98 was further demonstrated by comparing the simulated results with the observed data. Admittedly, the revised model did a relatively poor job of simulating the diurnal variations of surface soil heat flux, and nighttime soil temperature was also underestimated, calling for further improvement of the model for desert regions.
基金supported by Chinese Academy of Sciences (KZCX2-YW-219, 100 Tal-ents Program)Ministry of Science and Technology of China (2009CB421406)
文摘The capability of an improved Dynamic Global Vegetation Model （DGVM） in reproducing the impact of climate on the terrestrial ecosystem is evaluated. The new model incorporates the Community Land Model- DGVM （CLM3.0-DGVM） with a submodel for temperate and boreal shrubs, as well as other revisions such as the ＂two-leaf＂ scheme for photosynthesis and the definition of fractional coverage of plant functional types （PFTs）. Results show that the revised model may correctly reproduce the global distribution of temperate and boreal shrubs, and improves the model performance with more realistic distribution of di？erent vege- tation types. The revised model also correctly reproduces the zonal distributions of vegetation types. In reproducing the dependence of the vegetation distribution on climate conditions, the model shows that the dominant regions for trees, grasses, shrubs, and bare soil are clearly separated by a climate index derived from mean annual precipitation and temperature, in good agreement with the CLM4 surface data. The dominant plant functional type mapping to a two dimensional parameter space of mean annual temperature and precipitation also qualitatively agrees with the results from observations and theoretical ecology studies.
文摘使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式（Common Land Model，CoLM）模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都比较敏感，而地表水文过程只对土壤质地敏感。土壤亮度相同时，相对砂性土壤，粘土含量高的土壤保水性强，土壤湿度、地表蒸发和径流量都比较大（月均最大差值：土壤湿度约为5kg·m^-2，地表蒸发和径流量约为年降水量的7％和1．2％），相应地在热通量分配上存在明显差异（月均最大差值为8W·m^-2）；土壤质地相同，亮度由亮变暗时，潜热通量变化很小，地表温度略有升高，而感热通量和净辐射增加显著（月均摄大差值为7W·m^-2）。土壤质地和亮度对模拟的影响主要存在于降水少、植被覆盖度低的3～5月。
基金supported by the Na-tional Natural Science Foundation of China (40890054,40805038)the 973 Program of China (2010CB950404)+2 种基金the R&D Special Fund for Public Welfare Industry (meteorol-ogy) (GYHY200806006)the Chinese Academy of Sciences(KZCX2-YW-Q11-04)the National Science & Tech-nology Pillar Program of China (2007BAC29B03).
文摘The spectral version 1.1 of the Flexible Global Ocean–atmosphere–land System （FGOALS1.1-s） model was developed in the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophys- ical Fluid Dynamics at the Institute of Atmospheric Physics （LASG/IAP）. This paper reports the major modifications to the physical parameterization package in its atmospheric component, including the radiation scheme, convection scheme, and cloud scheme. Furthermore, the simulation of the East Asian Summer Monsoon （EASM） by FGOALS1.1-s is examined, both in terms of climatological mean state and interannual variability. The results indicate that FGOALS1.1-s exhibits significant improvements in the simulation of the balance of energy at the top of the atmosphere： the net radiative energy flux at the top was 0.003 W m-2 in the 40 years fully coupled integration. The distribution of simulated sea surface temperature was also quite reasonable, without obvious climate drift. FGOALS1.1-s is also capable of capturing the major features of the climatological mean state of the EASM： major rainfall maximum centers, the annual cycle of precipitation, and the lower-level monsoon circulation flow were highly consistent with observations in the EASM region. Regarding interannual variability, simulation of the EASM leading patterns and their relationship with sea surface temperature was examined. The results show that FGOALS1.1-s can reproduce the first leading pattern of the EASM and its close relationship with the decaying phase of the ENSO. However, the model lacked the ability to capture either the second major mode of the EASM or its relationship with the developing phase of the ENSO.
文摘本文针对青藏高原部分地区土壤有机质和砾石含量较高的特点,在前人工作的基础上,发展了一个新的参数化方案以描述土壤有机质和砾石对土壤导热率、导水率的影响。通过对通用陆面模式CoLM中的土壤水、热参数化方案以及地表蒸发阻抗三方面的逐步改进,对青藏高原藏东南站和纳木错站两种不同下垫面进行单点数值模拟分析。对比原方案与最终优化方案的模拟结果表明:采用新方案的CoLM模式对藏东南站土壤湿度模拟性能明显提高,平均偏差减小到0.04,而对纳木错站浅层20 cm以上土壤湿度的模拟偏差略微增大。新方案在藏东南站对土壤内部温度的模拟改善较为显著,平均偏差减小了0.2°C;而在纳木错站40 cm以上有所改进。新参数化方案较好地模拟了两个观测站表面能量通量的时间变化,纳木错站7、8月份的潜热通量改进尤为明显,比原方案减少大约20 W m-2,与观测结果较为接近。
文摘基于集合卡尔曼滤波和通用陆面模型(CLM1.0)发展了一个地表温度的同化系统。这个系统同化了MODIS温度产品,并将MODIS的叶面积指数引入CLM模型中,主要用于改进地表水热通量的估算精度。将CLM输出的地表温度与MODIS地表温度建立关系,并作为同化系统的观测算子。将MODIS地表温度与实测地表温度进行了比较,将其均方差(Root Mean Square Error,RMSE)作为观测误差。选取3个美国通量网站点(Blackhill、Bondville、Brookings)作为实验数据,结果表明:同化结果中地表温度、显热通量的估算精度均有提高。其中Blackhill站的估算精度改进最大,均方差由81.5W·m-2减小到58.4W·m-2,Bondville站均方差由47.0W·m-2减小到31.8W·m-2,Brookings站均方差由46.5W·m-2减小到45.1W·m-2。潜热通量估算精度在Bondville站均方差由88.6W·m-2减小到57.7W·m-2,Blackhill站均方差由53.4W·m-2减小到47.2W·m-2。总之,结合陆面过程模型同化MODIS温度产品估算地表水热通量是可行的。
文摘利用第二次全国土壤调查土壤质地数据（SNSS）和中国区域陆地覆盖资料（CLCV）将陆面过程模式CLM3.5（Community Land Model version 3.5）中基于联合国粮食农业组织发展的土壤质地数据（FAO）和MODIS卫星反演的陆地覆盖数据（MODIS）进行了替换,使用中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气强迫场资料,分别驱动基于同时改进土壤质地和陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-new）、基于只改进陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-clcv）、基于只改进土壤质地数据的CLM3.5（CLM-snss）和基于原始下垫面数据的CLM3.5（CLM-ctl）,对内蒙古地区2011~2013年土壤湿度的时空变化进行模拟试验,研究下垫面改进对CLM3.5模拟土壤湿度的影响。将四组模拟结果与46个土壤水分站点观测数据进行对比分析,结果表明：相对于控制试验,CLM-clcv、CLM-snss和CLM-new都能不同程度地改进土壤湿度模拟,其中CLM-clcv主要在呼伦贝尔改进明显,CLM-snss则在除呼伦贝尔以外的大部地区改进显著,CLM-ctl模拟的土壤湿度在各层上均系统性偏大,而CLM-new模拟土壤湿度最好地反映出内蒙古地区观测的土壤湿度的时空变化特征,显著改善了土壤湿度的模拟,体现在与观测值有着更高的相关系数和更小的平均偏差与均方根误差。
