大气环流模式中陆面过程简介

大气环流模式中引入陆面过程的综合性分析表明：大气对下垫面特征是敏感的。     

斜压大气中台风涡旋自组织的研究

文中利用MM5(V3),实施了8个数值试验,对斜压大气中台风涡旋自组织的问题进行了初步研究.结果表明:(1)在试验1中,没有引进一个半径为80 km的小涡旋,两个初始分离的半径为500 km的轴对称涡旋,一边互旋,一边相互排斥,两个涡旋中心之间的距离不断加大,致使双涡最终分离.(2)在试验2中引进了一个半径为80 km的小涡旋,其他条件同试验1,两个初始分离的轴对称涡旋一边互旋,一边相互逼近,经自组织形成了一个由内区和螺旋带组成的类似于台风环流的较大尺度的涡旋.这个结果支持周秀骥在十多年前提出的重要观点,也支持以往在正压框架内的同类研究结果.(3)试验3-8为在前两个试验的基础上取不同初始涡旋参数的敏感性试验,其中,试验3和4为引入小涡旋不同初始位置对台风涡旋自组织的影响,试验5和6为不同初始轴对称双涡间距对台风涡旋自组织的影响,试验7和8反映了不同初始轴对称双涡强度对台风涡旋自组织的作用.它表明对涡旋自组织过程影响最大的涡旋初始参数是涡旋之间的距离,其与正压模式中的结果是类似的.     

区域大气模式中陆面子模式起转过程的研究

模式的起转过程(spin-up)是指在非平衡初值或扰动的条件下,模式进行调整而达到平衡态的过程.以黑河实验(HEIFE) 1991年6月20日到7月20日张掖站观测的地表能量通量和土壤温度资料为基础,用大量数值实验研究了RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)陆面子模式起转过程所需的时间范围.数值实验中,为细致考虑土壤初始参数对此过程的影响,共设计了40余组不同的初始土壤水、热参数.通过模拟结果分析,把RAMS陆面模式起转过程的表现归纳为4大类,并说明了这个过程的持续时间可能因为土壤初始参数的不同而产生较大的差异,其范围可能为数小时至一周以上.在判断RAMS模拟地表、低空物理量时,土壤含水量是判断模式是否达到平衡态的重要因子.     

北半球大气臭氧层的遥相关结构分析

本文分析了北半球冬春季和夏秋季大气O_3层的遥相关结构.结果发现,O_3层存在一系列遥相关型,其时域特征与O_3层槽脊及大气环流型的变化有关,主要可分为:(1)O_3槽间型,(2)O_3槽脊型,(3)O_3脊间型.表明遥相关区域的空间分布具有波状结构.随着环流型的季节调整,冬春季与夏秋季O_3层的遥相关结构存在着差异.所得结果可显示出大气环流对O_3的输送作用以及环流系统振荡导致的O_3层异常分布,这对进一步揭示O_3层的时域演变特征具有重要意义.     

中国东部区域土壤湿度的变化及其与气候变率的关系

利用中国100°E以东地区98站共11a的旬土壤湿度、降水和气温资料,对不同区域土壤温度、降水和气温的变化趋势、年际变率及它们之间的相互关系进行了详尽的分析。结果表明：土壤湿度、降水和气温有较明显的变化趋势;土壤中各厚度层土壤湿度和降水的关系呈正相关关系,与气温呈反相关关系,且可通过0．01的置信度检验。这也说明现有土壤湿度观测资料在研究气候变化中的有效性。     

陆面模式中氮循环过程的引入Ⅰ:模式介绍及站点验证（英文）

陆地生态系统氮循环对碳循环过程及其对气候变化的反馈具有重要的影响,但当前陆面模式多数都没有考虑氮循环过程对碳循环过程的限制。本研究基于氮在土壤-植被-大气中的传输交换过程,将氮循环过程引入到陆面模式AVIM(Atmosphere-Vegetation Interaction Model)中,发展形成包含碳氮耦合过程的新版模式AVIM-CN。与2004-05年当雄生态系统定位站通量观测数据相对比,模式中引入氮循环过程后,高寒草甸的总初级生产力模拟值从1.1403 gC m^-2d^-1降到了0.7073 gC m^-2d^-1,前者更接近通量站的观测值0.5407 gC m^-2d^-1。生态系统呼吸的模拟值也从1.7695 gC m^-2d^-1降到了1.0572 gC m^-2d^-1,更接近对应的通量观测值0.8034 gC m^-2d^-1。整体而言,在模式中考虑氮的限制作用后,当雄站的热量通量和碳通量的模拟值更接近实测值。不考虑氮过程对碳过程的限制,模式高估了约40%的陆地生态系统碳通量。     

LASG/IAP 大气环流谱模式对陆面过程的敏感性试验

将中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室最近发展的高分辨率全球大气环流谱模式SAMIL-R42L26, 分别与两个陆面模式--NCAR通用陆面模式CLM和简化的简单生物圈模式SSiB进行耦合.在比较了两个陆面过程模式, 指出CLM改进方面的基础上, 通过分析两个陆气耦合模式所模拟的陆气通量交换结果, 指出新版本的陆气耦合模式(SAMIL-R42L26与CLM耦合)对表面感热、温度、降水率、潜热通量和海平面气压场的模拟能力大大提高, 尤其对于夏季表面感热通量场, 使亚洲北部和东南部、格陵兰岛以及北美洲大部分地区的数值从100 W/m2 降低到接近60 W/m2, 与NCEP再分析资料一致.新版本的陆气耦合模式模拟陆地表面能量收支趋于平衡, 为下一步发展海-陆-气-冰耦合气候系统模式提供保障.采用CLM陆面模式, SAMIL-R42L26能较好地模拟亚洲季风区地表感热和潜热的季节演变趋势, 而采用SSiB陆面模式的结果, 则存在较大误差.文中的结果表明, 不同的陆面模式所模拟的大气下垫面(包括洋面)通量发生的变化, 通过陆气耦合过程产生的影响不仅仅是局地性的, 而且是全球范围的.     

关于非均匀下垫面大气边界层研究的讨论

本文是该会议关于非均匀下垫面大气边界层研究的讨论总结,涉及大气边界层观测试验、M-O相似理论的适用范、非均匀陆面边界层参数化、非均匀下垫面能量平衡、城市边界层,以及大气边界层湍流结构与特征等方面。希望这些讨论能为今后非均匀陆面过程研究提供有益的启示。     

由非季风区向季风区过渡过程中大气边界层结构的变化分析

利用中国西北中部具有代表性的非季风区、夏季风影响过渡区和季风区的7个高空站的2013年夏季晴天07时、13时、19时（北京时）的大气边界层资料,通过分析大气边界层位温、比湿、风速的垂直结构,发现大气边界层结构及厚度在不同区域的分布特征:稳定边界层厚度、残余层顶高度和对流边界层厚度从非季风区、夏季风影响过渡区至季风区出现阶梯性大幅降低,从非季风区至夏季风影响过渡区,以及从夏季风影响过渡区至季风区,对流边界层厚度降幅依次为25.6%和81.8%,稳定边界层厚度降幅依次为58.3%和41.8%;在稳定边界层条件下,可观察到低空急流的存在,非季风区低空急流出现高度明显高于夏季风影响过渡区和季风区,且非季风区的低空急流风速也明显大于夏季风影响过渡区和季风区。通过分析与大气边界层发展最为密切的陆面热力因素在不同气候区的分布,净辐射值、日地-气温差最大值以及感热通量值在非季风区大于夏季风影响过渡区和季风区,从陆面热力过程为非季风区大气边界层厚度大于夏季风影响过渡区和季风区提供了理论依据。     

青藏高原大气一植被相互作用的模拟试验Ⅰ.物理通量和参数

在原大气-植被相互作用模式AVIM的基础上作了改进,包括对植被生理过程,如(1)光合作用;(2)呼吸;(3)分配和(4)物候等新的描述方法.对青藏高原上30个站点进行模拟计算,给出了高原上地表辐射及水热物理通量以及地表拖曳系数和地面反照率的分布特征.模拟结果表明净辐射和感热通量由东南向西北增加,高原西北部地表反照率较高,东南部地表反照率较低.     

大气辐射计算的吸收系数分布模式

全面论述了大气辐射计算中的吸收系数分布（#FKk#FS分布）模式,包括均匀路径的#FKk#FS分布模式以及非均匀路径的相关#FKk#FS分布模式。重点是利用吸收系数重排计算大气吸收气体分布函数和相关#FKk#FS分布函数的方法。某些结果系作者第一次公开发表。     

新一代格点大气环流模式与陆面生态模式AVIM的耦合研究

将陆面生态模式AVIM(Atmosphere-Vegetation Interaction Model)的物理模块(PHY-AVIM)耦合到中国科学院大气物理研究所新一代格点大气环流模式GAMIL(Grid-point Atmospheric Model)中,替换GAMIL中的陆面模式BATS.对两种方案GAMIL+BATS(旧版本)和GAMIL+(PHY-AVIM)(新版本),分别独立进行11年积分,取后10年的积分结果进行分析.结果发现:新版本明显改进冬、夏季陆地表面的感热、潜热场通量,尤其在夏季,非洲大陆的中北部、欧亚大陆、北美中部以及南美北部等地区,新版本的感热场模拟值均比旧版本低,更接近NCEP再分析资料的结果;同样,对于地表面温度场,新版本在夏季明显地减弱了旧版本在大陆上的的暖偏差,模拟的结果更合理;新版本对冬、夏季的海平面气压场、降水场也有一定的改进,但改进不是很明显.以上的所有改进主要是由于AVIM引入了更细致的陆面物理过程参数化方案,以及使用了分辨率(0.5°×0.5°)更高的陆地植被分类资料.     

陆面模式中土壤呼吸的研究概况

土壤呼吸是陆地植被吸收的CO2返回大气的基本途径,土壤呼吸速度轻微变化也会引起大气中CO2浓度的明显改变,进而影响气候变化。陆面过程模式中更好地描述土壤呼吸过程对于预测未来气候变化是至关重要的。对于土壤呼吸的模拟研究,介绍了经验模型和以过程为基础的机理模型,以及国内外陆面过程模式中土壤呼吸的研究情况,并讨论了土壤呼吸模式中需要改进的问题。       

青藏高原六套陆面蒸散发产品的评估

Uncertainties in the evapotranspiration (ET) products used in the Tibetan Plateau (TP) region were determined based on the data from satellite remote sensing and observations having different spatial and temporal resolutions, limiting their utility for hydrometeorological and climate assessment. Six ET (PML, EB-ET_V2, GLEAM, GLDAS, ERA5_Land, and MOD16) products were evaluated based on eddy observations, and the differences between the products were compared. Moreover, the uncertainties in ET products in the TP region were analyzed. The results of the analysis are as follows: (1) A good correlation and consistency exist in the mean state and seasonal cycle between the observed and ET values of the corresponding pixel. Moreover, GLEAM product exhibits a high degree of agreement with the observed values and has applicability, and MOD16 product exhibits poor performance at most sites. (2) In terms of seasonal changes, ERA5_Land product values are highly consistent with the observed changes during spring, GLEAM product values are nearly consistent with the observed changes during summer and winter, and EB-ET_V2 product values are highly consistent with observed values during autumn. (3) Spatially, GLEAM product has higher correlation (the correlation coefficient R＞ 0.88) and consistency (index of agreement IOA＞ 0.89) compared to those of EB-ET_V2 product and GLDAS product. Substantial differences exist in the temporal and spatial distribution of various products during different seasons, especially during spring. Compared with other products, MOD16 product is underestimated in summer and overestimated in winter in most regions. (4) The annual average ET for each product except for MOD16 product is considerably different. The annual average ET values of the remaining five products over multiple years arranged in descending order are as follows: ERA5_Land product (401.46 mm a−1)＞ PML product (334.37 mm a−1)＞GLEAM product (298.46 mm a−1)＞EB-ET_V2 product (271.39 mm a−1)＞GLDAS product (249.67 mm a−1). The total annual evaporation in the TP region is 330.59 mm a−1. The assessment results provide a detailed understanding of the quality and dynamics of ET products in the TP region, which can serve as reference data for regional water management and water resource assessment in the TP region. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

影响青藏高原植被生理过程与大气C02浓度及气候变化的相互作用

利用一陆面过程模式,初步模拟研究了青藏高原夏季风盛行期植被生理过程与大气CO2浓度及气候变化的相互作用.结果表明,气候以及大气CO2浓度变化对青藏高原地区的植被生理过程有较明显的影响,高温、高湿和高CO2浓度将加强高原植被的光合作用和呼吸作用,有利于植被生长.高原植被也可通过生理过程,产生净C02吸收,降低大气C02含量,起到调整温室效应的作用,从而影响全球气候变化;当气温升高、大气C02增加时,这种作用更加有效.青藏高原地区大气C02浓度加倍,对高原地区气候的直接影响不明显.植被的存在也会影响区域气候变化,并可通过改变高原热源,进而影响高原及其周边地区气候变化.文中还归纳出了植被生理与气候相互作用的简单概念模型.     

旋转大气中地形对涡旋自组织影响的初步研究

用一个带有地形项的β平面准地转正压涡度方程,进行2组积分时间长度为48h的试验,分析旋转大气中地形对多涡自组织的影响。地球旋转作用的引入主要会引起以下的差别：无旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡全部吸收或全部组织起来;旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡部分吸收或部分组织起来,差别较明显。中尺度地形对准终态涡位置的影响不同。无旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较小,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约100km;旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较大,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约200km,两者相差一倍左右。     

一次强降水模拟中土壤湿度初值的影响研究

为了分析WRFV3.3.1模式中土壤湿度初值对降水模拟的影响,在4个陆面方案的分析对比基础上,采用中国区域土壤湿度同化系统（CLSMDAS）输出的土壤湿度替换模式初始场中的土壤湿度,对2010年6月19日江西出现的一次强降水过程进行模拟,分析改进后的土壤湿度初值对模式模拟降水的影响。结果表明,耦合Noah方案的模拟结果要优于SLAB、RUC、PX方案;通过对比试验发现CLSMDAS输出的土壤湿度初始条件下的模拟结果比NCEP资料的模拟结果更接近于实况,能够很好地模拟出24 h累积降水的范围与强度,对应地表能量的响应也更为明显,表现出很好的区域波动性,能够捕捉到细节降水信息,且统计检验结果中各量级降水的TS评分基本都要高于NCEP土壤湿度初值条件下的结果,空报率、漏报率和预报偏差进一步减小,说明准确的土壤湿度初值能够提高模式的模拟预报能力。     

大气保温效应对渠江流域蒸散发量的影响

从下垫面能量平衡及能量支出分配的规律性出发，研究了大气逆辐射增大1％、2％及5％以后，近地层气温及陆地实际蒸散发量的变化值。并指出大气保温效应增强对土壤含水量及径流量的影响。     

大气中微量气体的红外吸收

文章介绍了测定大气中微量气体CO2与CH4透过率的试验。所用的主要设备是FTIR分光计及可变光程吸收池。文中叙述了主要实验结果与数据处理方法，同时用FASCODE-2程序计算了对应实验条件下CO2与CH4的透过率，并与实验结果作了比较。