通用陆面模式对土壤质地和亮度的敏感性分析

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5 kg·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8 W·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（月均最大差值为7 W·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。     

用于区域陆面过程模拟的土壤特征参数的空间插值方法研究

用于气候模型的陆地过程模型包括陆地水文过程模型和地球生物化学过程模型等,它们需要网格化的土壤物理和化学属性资料。目前,用于该类模型的土壤资料基本上是来源于20世纪70年代联合国粮农组织的1：5000000土壤图和4300多个土壤剖面的属件资料,其中所用的中国地区的土壤剖面资料不足200个。这些资料显然不能很好地表达中国区域土壤的空间分异性。早在20世纪80年代中国就开展了大规模全国范围的土壤普查,积累了数以万计土壤剖面的属性资料,但都是纸质数据。根据需要,作者已数字化近10000个中国土壤剖面的属性数据。为了模型的应用,需要对属性数据进行空间网格化处理。但土壤具有高度的空间分异性,为了使网格数据具有好的空间代表性,需要对空间插值方法进行研究。利用空间插值的方法对土壤要素的空间变异的研究,已有大量工作,但所研究区域范围较小,要素单一。作者基于1：1000000土壤地图,利用反距离权重空间插值法,对中国土壤属性进行了空间插值,最终结果表明：对于土壤中砂粒含量、粘粒含量、有机质值以及全氮含量的插值计算,基于相邻剖面反距离权重法的空间插值效果要优于同一土属下土种的空间插值;而对于粉粒含量、全磷含量和pH值的插值计算,利用同一土属下土种的空间插值效果则更优;对于土壤全钾含量的插值结果,两种方法相差不大。     

Sensitivity of the Carbon Storage of Potential Vegetation to Historical Climate Variability and CO_2 in Continental China

The interest in the national levels of the terrestrial carbon sink and its spatial and temporal variabil-ity with the climate and CO2 concentrations has been increasing.How the climate and the increasing atmospheric CO2 concentrations in the last century affect the carbon storage in continental China was in-vestigated in this study by using the Modified Sheffeld Dynamic Global Vegetation Model(M-SDGVM).The estimates of the M-SDGVM indicated that during the past 100 years a combination of increasing CO2 with...     

北京夏季晴天边界层特征及城市下垫面对海风影响的数值模拟

对耦合了Noah陆面模式和单层城市冠层模式的WRF(Weather Research and Forecasting)模式系统进行了改进和优化,通过对2010年8月6－7日北京地区晴天个例的模拟试验,检验了优化前后模式系统的模拟能力,分析研究了该个例中城市边界层的特征及日变化.另外,使用优化后的模拟系统通过两组敏感性试验研究了京津城市下垫面对海风的影响.结果表明,优化方案能够显著提高模式系统对该个例的模拟性能,模式系统基本能够模拟出北京夏季边界层的日变化特征,精确的地表使用类型分类等地理信息数据对提高模式预报的准确度有着至关重要的作用,京津城市对海风的发展和推进过程有明显影响,能够阻碍海风的推进、加强风场的水平辐合和垂直上升气流,北京城市下垫面还能在海风到达前增加其强度和推进速度,并在海风经过后延缓其消亡、增加其推进距离.     

基于历史样本投影的四维变分陆面数据同化方法及其初步应用

法面临着计算量上的挑战。本研究将一种历史样本投影的四维变分同化方法(Historical-Sample-Projection4DVar,简写为HSP-4DVar)应用于陆面数据同化,建立起CoLM陆面模型的HSP-4DVar系统。相比其他四维变分同化方法,HSP-4DVar的分析值是显式求解,不需要编写和使用伴随模式,从而大大节省了计算量,是一种易于实现的同化方案。通过同化56个月的土壤湿度观测数据表明,新的陆面同化系统不仅省时,而且能够有效吸取观测信息,使得同化后的均方根误差显著降低,各层土壤湿度模拟都有所改善,陆表1000mm层的改善最为明显。     

近五十年我国西北地区降水强度变化特征

鉴于近五十年来我国西北东部降水减少、西部降水增多的现象, 本文根据中国气象局信息中心提供的西北及内蒙古自治区日降水资料集, 利用筛选后的西北186个测站1958～2005年的数据, 对四季西北东、西部不同强度降水的降水量、降水日数、降水强度变化进行了分析。结果表明: 近五十年来, 中国西北地区降水以强降水为主, 较强以上强度降水占总降水日数的5%, 但其降水量占总降水量75%; 西北东部不同强度的降水都减少, 而西部只有弱降水减少, 其他强度的降水都增加, 且西北西部中等以上强度的降水增加较显著; 弱降水的总量减少, 弱降水的强度却加大, 强降水强度增强, 而极强降水强度却减弱; 降水的日数变化是降水量变化的主要原因。     

An improved algorithm of simulation on air-sea turbulent heat fluxes in China seas

With a global GSSTF2 and NCEP/NCAR reanalysis database and observation data at the Yong Xing station of Xisha Island in the South China Sea, we simulated the turbulent sensible and latent heat flux at sea surface in Chinese and neighboring seas (hereafter termed as China seas) using a common bulk method with some improved parameters. Comparing the simulated results with the observed and reanalyzed data, the improvement yielded higher accuracy, a smaller mean square deviation within 10 W/m2, and a smaller average relative error at about 25%. In addition, spatial resolution was improved to 0.1°×0.1°. The simulation is able to replay the main features of regional and seasonal variation in turbulent heat fluxes, and also the general pattern of heat flux changes during the summer monsoon outbreak in the South China Sea.     

在华北玉米生育期观测的16 m高度CO2浓度及通量特征

利用中国气象局固城农业气象生态试验站2004年玉米生育期通量观测资料，分析了CO2浓度和通量随玉米生长的变化，并估算了玉米生育期陆地与大气CO2净交换量。结果表明:CO2浓度变化对农户活动和作物生长极其敏感；浓度在整个生育期始终有明显的日变化规律，峰值（谷值）出现在日出（日落）前后，通量仅在7月中旬至10月上旬之间出现明显的日变化特点，且位相超前于浓度，开花期通量最大；玉米播种期、苗期和成熟后地面向大气净排放碳， 拔节至成熟前地面从大气净吸收碳；开花期碳吸收最强，其后依次为吐丝－乳熟期和拔节期。比较分析了目前流行的通量计算方法对碳吸收估计的影响，结果显示不同计算方法能产生高达160%的碳吸收估计偏差，应当引起重视。生态系统碳平衡分析结果表明，玉米地在生长季表现为弱碳汇（大约660 kg/hm2），但这一结果可能低估了实际的碳汇强度，低估程度有待研究。     

非饱和流问题的数值模拟研究

利用有限元方法 ,建立了非饱和土壤水流动的数值计算模型 ,用以模拟均质土壤 ,地下水埋藏很深且在不同的初始和边界条件下的水分运动 .对于入渗或蒸发问题 ,用通常的离散方法容易产生振荡非物理解 .我们采用有限元集中质量法 ,将质量矩阵的非对角元集中到主对角元 ,避免了这种非物理解的产生 ,并且较好地处理了这类边界条件 .     

陆面过程模式研发中的问题

陆面过程研究是充分理解天气/气候/地球系统过程不可或缺的重要主题。本文全面梳理了当前用于数值天气/气候/地球系统模式的陆面过程模式研制的问题,建议了当前陆面过程模式研制中需加强和改进完善的关键内容。特别强调在新一代模式研发中建立包含人类活动的高分辨率全球陆面过程模式;特别强调与其他学科相结合,形成不同行业的预报预测系统或研究方法和工具。建议建设中国的集模式发展、数据分析、模拟方法、高性能计算、数据可视化和应用示范为一体的陆面模拟综合集成平台,为天气/气候/地球系统模式提供陆面过程模式,为开展精细化的全球和区域陆面水文-气象-生态的预报预测提供科技支撑。