陆地冰冻圈中通用土壤-雪盖水热传输耦合模型的发展研究

雪盖和冻土以及它们的组合是冰冻圈中面积最广的部分之一。冰雪-冻土广泛共存，极大地改变了地表的热力和水力学性质，影响到陆气之间的能量和水分交换，对局地和全球气候及水文循环都有重要影响。而目前大多数的陆面过程模型对于冰冻圈中的雪盖和冻土的物理过程和相应的参数化方案研究的深入程度并不相同，且目前国际上还没有一个完整统一并比较合理的土壤-雪盖耦合的模式见于发表。因此本项目拟在对冻土和雪盖内部的水热传输物理过程深入了解的基础上，发展一个新型的适用于冻土和非冻土的通用土壤模型，并设计相应的行之有效的数值求解方案。在对多层雪盖模型(SAST)进一步改进的基础上，将其与通用土壤模型耦合，最终形成冰雪圈中统一的土壤-雪盖水热传输耦合模型，为提高陆面过程模式对陆地冰雪圈下垫面的模拟能力，为冰雪圈和大气圈相互作用研究、全球变化研究和水资源的研究打下基础。

通过本项目负责人和参与人的共同努力，目前已基本完成项目预期制定的目标，发展了一个新型的适用于冻土和非冻土的通用土壤模型，设计相应的行之有效的数值求解方案。并将其与多层雪盖模型(SAST)耦合，最终形成冰雪圈中通用土壤-雪盖水热传输耦合模型（Coupled Soil-Snow Model），我们将其简称为CSSM。项目实施的两年内，项目负责人发表文章四篇，其中以第一作者身份发表的两篇均刊登在国际知名SCI杂志上（J.G.R.和E.R.L.），且影响因子达到3以上。具体的进展如下：.一、对适用于包括高寒地区在内的土壤模型进行了分类和验证，并对传统的冻土模型的预报变量进行替换和数值解法的优化，得出了目前适合于气候模型和陆面过程研究的简单省时却不失精度的通用土壤模型及相应的合理的冻融参数化方案。.二、设计了通用土壤模型与雪盖模型耦合的具体方案，建立了完整处理土壤－雪盖水热输运过程的耦合模型(Coupled Soil-Snow Model)，设计了相应的计算方案和行之有效的数值求解方法，特别是发展出土壤与薄雪耦合时，合适地处理冻土和雪盖不同冻融历程的有效求解方案。用俄罗斯五个站的观测数据对耦合模型进行了模拟验证。结果发现，耦合模型在大多数情况下均能较好地模拟地表无雪-积雪-融雪的整个过程。