土壤湿度初始异常对东亚区域气候模拟影响的敏感性试验

利用耦合了CLM3.5陆面模式的区域气候模式RegCM4.0,通过敏感性试验,探讨了人为减小春季初始土壤体积水含量对短期时间尺度东亚夏季气候模拟的可能影响。结果表明:较低的初始土壤湿度场能够明显改变区域的地表能量平衡,引起地表净长波辐射和感热通量的显著增加,进而加强了地表对大气的加热,因而引起东亚大范围地区特别是中国东部、印度北部和中亚地区地表温度、气温的升高。与气温不同,初始土壤湿度场对降水的影响很小而且有较大的不确定性,同时偏暖的下垫面使得对流层中高层出现暖高压异常,但这些影响均不显著。综合来看,土壤湿度初始场的初始异常,对RegCM4.0 模式东亚气候模拟的结果有一定影响,特别是在地表温度、气温和能量平衡方面,应在以后的模拟中加以考虑。     

植被和土壤湿度对西南低涡降水影响的敏感性试验

利用含Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ植被参数化方案的颜宏等有限区域细网格模式，研究西南低涡降水对青藏高原及其邻近区域植被覆盖和土壤湿度变化的敏感性，着重分析在“８２．７”和“８１．７”两次西南低涡降水过程中的降水、上升运动和地面感热与水汽通量对植被覆盖和土壤湿度的敏感性问题。试验表明，西南低涡降水对青藏高原及其邻近地区的植被覆盖和土壤湿度是非常敏感的，对大气低层上升运动和地面感热、潜热通量也较为敏感。     

边界层过程对暴雨影响的敏感性试验

用MM5v3模式对江淮暴雨进行了计入与不计入边界层和计入与不计入地面通量的敏感性试验,结果指出二者的影响是一致的,地面通量是边界层影响的主要部分。一般说,不计边界层影响,则湿位涡、水汽通量散度、涡度、低空急流等分布发生变化,其中心位置改变,强度也有改变(大部分减弱),造成总的降水减弱和降水位置的改变。边界层正是通过湿位涡、水汽通量散度、涡度、低空急流等因素的综合影响来影响暴雨,并影响暴雨的落区和强度。     

不同尺度绿洲环流和边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．4非静力平衡模式,通过三重嵌套,模拟研究了西北地区不同尺度绿洲环流及边界层特征,发现不同绿洲系统地面能量和水分的输送是不同的,尺度较小的绿洲其地面潜热大,感热相对小。R度在15km以上的绿洲可以形成绿洲一沙漠环流和绿洲的小气候,有较低的边界层,同时在绿洲边缘的沙漠形成湿气柱。尺度在儿公里的绿洲不能形成绿洲一沙漠环流和绿洲边缘的湿气柱。尺度较大的绿洲形成的温度和湿度边界层结构和环流配合,使绿洲形成具有自我保护的绿洲小气候环境,有利于绿洲生态的发展。     

黑龙江省土壤湿度及其对气温和降水的敏感性分析

气温和降水量变化是影响土壤湿度变化的主要原因,研究土壤湿度对气温和降水的敏感性对区域农业生产、生态环境治理和经济可持续发展有重要意义。采用1984-2007年黑龙江省73个气象观测站的气温、降水数据和13个土壤湿度观测站土壤观测数据,利用EOF、相关分析等数理分析方法,对黑龙江省土壤湿度与气温、降水量之间的关系进行了研究。结果表明：1984-2007年黑龙江省土壤湿度变化在不同区域存在差异：除三江平原中西部地区外,大部分农区土壤湿度变化趋势一致,20世纪90年代中期以前基本偏湿,而90年代中期以后则为偏干,2001年偏干严重。土壤湿度对气候变化响应的敏感性也不同,松嫩平原（西南部除外）是土壤湿度对气温和降水变化敏感区域;松嫩平原西南部对气温敏感;伊春南部地区-哈尔滨东部-三江平原西部为降水敏感区;逊克、伊春北部、牡丹江和三江平原东部土壤湿度对气温和降水均不敏感。     

青藏高原春末土壤湿度对初夏降水的影响

为了研究青藏高原(简称高原)春末(5月)土壤湿度与初夏(6月)降水的关系,利用1979-2019年ERA-Interim土壤湿度月平均资料和同时段高原109站观测降水资料,分析了高原春季土壤湿度与汛期(5-9月)降水之间的关系.结果 表明:春末表层(0～28 cm)土壤湿度与高原初夏降水呈显著的正相关,在空间上土壤湿度...     

干旱区绿洲诱发的中尺度运动的模拟及其关键因子的敏感性实验

利用一个非静力平衡的、高分辨的、二维中尺度大气数值模式，并在仅考虑简单过程的情况下，模拟了干旱区中绿洲所诱发的中尺度运动，并进行了这种中尺度大气运动的强度对绿洲水平尺度、绿洲与周围环境的水平热力差异、大尺度背景场水平风速和大尺度地表加热率等一些重要物理参数关系的敏感性实验研究。研究发现：中尺度大气运动强度随水平热力差异的增大而加强，随背景场水平风速和大尺度地表加热率增强而分别减弱。但随绿洲水平尺度的变化并不像前三个因子一样为单调函数，而是在绿洲水平尺度为20km时中尺度大气运动最强，绿洲水平尺度更大或更小时中尺度大气运动强度均会减弱。通过统计甘肃省河西地区的绿洲水平尺度分布规律，发现绿洲分布最集中的尺度在15－25km，与模拟所得到的能源发最强中尺度运动的绿洲水平尺度基本一致。     

盆地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．5非静力平衡模式,通过三重嵌套的降尺度方法,没计理想化的圆形盆地地形和绿洲,模拟研究了盆地绿洲环流及边界层特征。发现盆地感热随地形高度而变化潜热随地形高度没有变化,仅与下垫面特征有关。盆地绿洲感热小,潜热大,绿洲气候效应明显。盆地绿洲形成的环流与地形环流一致,这有利于加强地形环流。但地形形成的环流强度比绿洲环流要弱得多。盆地绿洲对大气边界层的湿度影响很明显。绿洲的水汽输送通过地形下沉气流加强,使山谷绿洲的气候效应得到加强。结果表明,盆地绿洲由于其地形环流与绿洲环流一致,故使绿洲效应加强。     

绿洲与荒漠相互影响下大气边界层特征的模拟

用发展的二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模式模拟了绿洲与荒漠相互影响下的大气边界层特征。得到了绿洲和临近荒漠之间的边界层高度、风螺线、风速廓线、位温廓线和比湿廓线的差别,并给出了绿洲对其上游和下游荒漠大气的不同影响。基本再现了白天绿洲大气逆温和临近绿洲的荒漠大气逆湿。模拟实验研究不仅验证了外场观测结果,而且也使我们对复杂下垫面边界层结构有了一些新的认识。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究Ⅱ.敏感性试验分析

利用NCARCAM3.1大气环流模式,设计了有、无土壤湿度年际异常的两组数值试验,探讨了土壤湿度年际异常对极端气候事件模拟的可能影响。结果表明,模式模拟的极端气候事件对土壤湿度异常十分敏感,土壤湿度异常对极端气候指标的多年平均空间分布、年际变率以及年际变化均具有重要影响。当不考虑土壤湿度的年际异常时:(1)模拟的暖夜日数、暖昼日数和热浪持续指数的发生频次在全国范围内均明显减少,而霜冻日数则明显增加。极端降水指标的响应表现出明显的空间差异,极端降水频次在江淮流域明显减小,而极端降水强度则表现为东北减弱、长江流域增强;中雨日数和持续湿期在我国大部分地区减少。(2)极端气温指标的年际变率在我国大部分地区呈减小趋势;而极端降水事件的变化则较为复杂,极端降水频次和极端降水强度的年际变率在长江以南有所增强,而北方地区则有所减弱。中雨日数和持续湿期的年际变率在我国呈现出较为一致的减少趋势。(3)模式对暖夜日数、霜冻日数的年际变化的模拟能力明显下降,并对4个极端降水指标的年际变化的模拟能力在全国多数区域均有不同程度的下降。     

土壤湿度和土壤温度模拟中的参数敏感性分析和优化

使用一种复杂洗牌算法 (SCE-UA, Shuffled Complex Evolution Algorithm) 对Noah陆面模式中的参数进行敏感性分析和优化,其中水文参数采取直接优化和优化土壤成份的形式,侧重于研究两种水文参数给出方法对土壤湿度和土壤温度模拟的敏感性。结果表明:将土壤湿度和土壤温度作为判据,模式中水文参数敏感性最高,水文参数对土壤湿度的敏感性要高于对土壤温度的敏感性。表层土壤湿度作为判据对土壤水文参数优化后,可以改善土壤湿度和土壤温度的模拟,加入深层土壤湿度同时作为判据后,优化使土壤温度的模拟变差。当土壤成份作为优化的参数,表层和深层土壤湿度作为判据,优化能够同时改善土壤湿度和土壤温度的模拟。单独使用土壤温度作为判据不能达到优化水文参数的目的。将土壤成份作为优化的参数后,土壤湿度和土壤温度的多判据优化效果最好,且减少不敏感参数的个数后对优化结果的影响总体不大。基于以上结果,将土壤成份作为优化水文参数的方法能够更好的考虑不同水文参数之间的约束关系,优化后的水文参数具有很好的一致性,优化效果较直接优化水文参数更好。     

On Transpiration and Soil Moisture Content Sensitivity to Soil Hydrophysical Data

Sensitivity of evapotranspiration E and root zone soil moisture content θ to the parameterization of soil water retention Ψ(θ) and soil water conductivity K(Ψ), as well as to the definition of field capacity soil moisture content, is investigated by comparing Psi1-PMSURF and Theta-PMSURF models. The core of PMSURF (Penman–Monteith Surface Fluxes) consists of a 3-layer soil moisture prediction module based on Richard’s equation in combination with the Penman–Monteith concept for estimating turbulent heat fluxes. Psi1- PMSURF and Theta-PMSURF differ only in the parameterization of the moisture availability function F_ma. In Psi1,F_ma is parameterized by using Ψ(θ) and K(Ψ) hydrophysical functions; in Theta, F_ma is parameterized by using hydrophysical parameters: the field capacity θ_f and wilting point θ_w soil moisture contents. Both Psi1 and Theta are based on using soil hydrophysical data, that is, there is no conceptual difference between them in the parameterization of E even if in Psi1F_ma depends on 12 parameters, while in Theta only on two soil/vegetation parameters. Sensitivity tests are performed using the Cabauw dataset. Three soil datasets are used: the vG (van Genuchten), CH/vG (Clapp and Hornberger/van Genuchten) and CH/PILPS (Clapp and Hornberger/Project for Intercomparison of Land-surface Parameterization Schemes) datasets. The vG dataset is used in van Genuchten’s parameterization, while in Clapp and Hornberger’s the CH/vG and CH/PILPS datasets are used. It is found that the consistency of soil hydrophysical data in the simulation of transpiration is quite important. The annual sum of E obtained by Psi1E^Psi1, differs from the annual sum of E obtained by Theta, E^Theta, because of the inconsistency between the fitting parameters of Ψ(θ) and K(Ψ) and the θ_f, and not because of the differencies in the parameterization of F_ma. Further, θ_f can be estimated not only on the basis of using soil hydrophysical functions (the θ_f so obtained is θ^Soil_f) but also on the basis of analysing the transpiration process (the θ_fso obtained is θ^tr_f). θ^tr_f values estimated from the condition E^Theta ≈ E^Psi1 are in acceptable accordance with the θ^Soil_f values proposed by Wösten and co-workers. The results are useful in optimizing the parameterization of transpiration in land-surface schemes.     

土壤湿度初值对边界层物理量预报影响的分析

使用全球中期数值预报模式T213L31,对不同的土壤湿度初值对边界层物理量预报的影响进行敏感试验分析。试验表明土壤湿度初值的准确性非常重要,其变化导致模式计算的感热通量、潜热通量、地表温度和2m温度发生较大变化。而当使用与观测值相近的土壤湿度初值时得到的边界层物理量(如2m温度)更加准确。通过使用固定值与6h预报的背景场加权平均作为土壤湿度的初值,改进原有采用固定值的方法,经过检验模式系统,2m温度的预报误差明显减小。     

郑州冬麦田底墒推算方法初探

根据1991～1996年郑州冬小麦播种前0～200 cm的土壤水分观测资料,应用3次多项式模拟了底墒的垂直分布。结果表明土壤水分随土层深度增加的变化趋势,0～50 cm土壤水分与0～200 cm的底墒相关达到0.01显著水平,可以用0～50 cm土壤水分推算0～200 cm土层底墒。     

酒泉绿洲夏季大气边界层加热(冷却)特征初探

利用“绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究”的观测资料和酒泉站的地面和探空气象资料,计算了酒泉绿洲夏季大气边界层的加热（冷却）率,分析了酒泉绿洲近地面层和行星边界层的大气加热（冷却）率逐日变化,研究了不同典型天气下大气加热（冷却）率的变化特征。结果表明,酒泉绿洲近地面层和行星边界层内,大气加热（冷却）率具有明显的逐日变化特征;近地面层和行星边界层及整个大气层白天的大气加热率和夜晚的大气冷却率基本相当,大气能量基本守恒;日照时数、云量和特殊天气过程（如冷空气活动、沙尘天气和降水等）对大气加热（冷却）率有很大影响。     

土壤水分对氮肥肥效影响的试验

针对当前高产麦田中氮肥用量过大，浇水次数过多，严重影响小麦产量问题进行了试验。分析了不同肥、水条件对产量的影响，建立了数学模式。并根据投入、产出综合评判，得出不同产量水平下的经济最佳氮肥施用量和浇水次数。对提高小麦肥、水利用率有较高的实用价值。     

土壤水分常数测定之我见

通过对土壤容重、田间持水量、凋萎湿度测定方法的研究，提出了土壤水分常数测定规范中存在和应注意的问题，以利做好当前的土壤水分常数测定工作。     

陆面过程模式对土壤含水量初值的敏感性研究

利用IAP94陆面过程模式,采用淮河流域能量与水份循环试验(HUBEX)期间两种下垫面(森林和旱田)、不同季节(5月、8月和11月)的观测资料,研究了模式对土壤含水量初值的敏感性.结果表明:对于森林和旱田下垫面,当土壤含水量减少时,地表净辐射均略有减少,同时潜热通量减少而感热通量增加.另外,模式对土壤含水量初值的敏感性有较明显的季节差异,相对而言在晚春和夏季较强,而在秋季明显减弱.这说明春夏季节的土壤含水量初值在淮河流域区域气候的模拟和预测中尤其值得关注.     

金塔绿洲大气边界层特征的数值模拟研究

利用美国NCAR中心的天气研究与预报模式WRF(weather Research and Forecast Model),对金塔绿洲的环流场、温度场及湿度场结构及其日变化进行了较为全面细致的模拟研究,WRF模式很好地模拟出了绿洲一沙漠环流的日变化特征和这种局地热力环流的空间结构,模拟再现了绿洲“冷岛效应”和邻近绿洲的沙漠“逆湿”等边界层特征．模拟还发州了白天绿洲湿度场“凹型槽,,式分布的特征。