青藏高原地区地气相互作用和陆面物理过程模式创建研究

青藏高原具有复杂的下垫面和特有的地气交换过程，它对我国、亚洲乃至全球的天气和气候系统有重要影响；但到目前其影响的机理并不完全弄清。现有的全球性陆面过程模型因面向全球作出了很多的简化，以至对高原上许多影响气候系统的特殊下垫面上重要的地气相互作用和过程的描述缺乏针对性，定量描述有很大的不确定性。本研究拟在我们已有工作的基础上，利用已有的观测资料，进行必要的土壤特性及湿度的补充观测，分析高原地区不同下垫面上地气相互作用过程。重点深入研究高原上冰雪-冻土圈，有冻融过程的湖泊水体和湿地(考虑水热性质垂向非均匀的分层土壤)上地气相互作用和重要过程（考虑地形影响的水文过程），发展更合理的物理过程参数化方案和程序模块，同时利用这些成果选定一个较好全球陆面过程模型（SSiB或CLM）进行改进、完善或补缺，发展出适合我国青藏高原区域特征的陆面物理过程模式，对提升全球陆面过程物理模型水平具有重要意义。

本项目较好地执行了研究计划，完成了预定的研究内容，在青藏高原陆面物理过程模式的创建上做出了有特色的工作。得到如下主要研究成果。.（1）完成了青藏高原地区七个站点（林芝站、纳木错站、那曲站、安多站、D105站、D66站和珠峰站）0－1米土壤垂直分层物理性质的测定及过去观测资料的收集，这些数据的获得为陆面物理过程模式在青藏高原地区的参数化方案的改进提供了实测资料的保障。.（2）开展了青藏高原东南缘高原湖泊和高山草甸地（湖）气相互作用的长期观测研究，分析了地（湖）气相互作用的关键物理参数以及能量收支的日、季变化特征；采用耦合湖泊模式的WRF_CLM模式模拟了山谷盆地中洱海的局地环流特征及湖泊效应，利用陆地和湖面的站点观测资料对模式进行了验证和校验。.（3）改进了自主发展的雪盖－大气－土壤传输模式（SAST），增加了雪盖的分层数，提出了新的模式数值求解方法。将此雪盖模式与改进的冻土模式相耦合，建立了既适用于均匀下垫面也适用于青藏高原垂直分层的非均匀土的通用的雪盖－土壤耦合模式（CSSM），并利用收集到的青藏高原站点资料进行了验证，CSSM模式基本反映出这些站点不同深度的土壤温度和湿度的季节变化。.（4）采用CSSM的雪盖－土壤模块替换SSiB3中简单的土壤模块，实现了雪盖-土壤耦合模式（CCSM）与SSiB3模式的耦合，完成了包含多层雪盖和考虑多层土壤冻融状态的SSiB3-FSM模式（SSiB3-Frozen Soil Model）。与SSiB3模式相比，新模式模拟的土壤温度与观测值更加接近，能更真实地反映出青藏高原地区的土壤水热传输特征。在改进WRF/SSiB3模式土壤分层方案和离线耦合的基础上，将新研发的SSiB3-FSM模式和中尺度气象模式（WRF）进行了初步耦合。对完全耦合CSSM的WRF/SSiB3模式进行了不同区域及不同季节的初步测试，初步验证了该模式可用于青藏高原天气气候的模拟。.（5）研发了一个可研究不同深浅、考虑有冻融相变过程发生的湖泊模式，利用地处不同气候条件下的七个湖泊的观测数据对模式进行评估，发现该湖泊模式在大多数情况下均能较好地模拟湖泊水温和表面通量的日季变化及冻融交替过程和结冰厚度的变化。同时，与国外湖泊模式进行了比较；本模式模拟效果在某些个例优于CLM4的模拟结果。.本项目共发表论文20篇，其中SCI（E）收录12篇，培养了4名博士和1名硕士。