青藏高原新的地气交换参数对陆面过程模拟的改进

The exchage of energe and water between land surface and atmosphere is very difficult and may hole the key for improving the predictable of weather and climate.The interaction parameters between land surface and atmosphere directly related to the coupling strength between land surface and atmosphere. But, they are not correctly parameterised, especially on the Tibetan Plateau. So, an observational analysis of land-atmosphere interaction parameters(e.g. aerodynamic roughness length, thermal roughness length, momentum transfer coefficient, heat transfer coefficient, and excess resistance to heat transfer) on different landscapes of the Tibetan Plateau is of great significance for development of parameterization of PBL in models. The purpose of this paper is (1)to present the characteristics of theses key parameters over different landscapes of the Tibetan Plateau using more observation data and assess the momentum transfer coefficient and heat transfer coefficient.(2)Then, assess the parameters aerodynamic roughness length and thermal roughness length in these two models.(3)We use thermal roughness length and select other usefull schemes to improve the simulation of land surface models such as Noah LSM and NCAR CLM over the Tibetan Plateau and then transplant them to the WRF model for a better simulation ability of predicting weather and climate..

陆面和大气之间能量和水分的交换过程对天气气候有很大影响。而陆气耦合的强度是由特征参数来表征和计算的，现有的天气和气候模式中，地气交换参数却还不完善，特别是在青藏高原地区。青藏高原不同下垫面动力学粗糙度、热力学粗糙度、热输送附加阻尼、动力总体输送系数、热量总体输送系数等地气交换参数的确定，对于数值模式中边界层参数化方案的建立和改进具有重要意义。建立和筛选适用于高原的陆气相互作用参数化方案并运用到数值模式中亟需解决。本项目拟（1）利用青藏高原上观测试验确定的地气交换参数评估Noah-LSM和NCAR-CLM模式中总体输送系数的合理性，进而对不同下垫面陆-气耦合强度进行评估；（2）验证动力学粗糙度和热力学粗糙度的在上述模式中的敏感性；（3）通过修改粗糙度等参数化方案改进Noah-LSM和NCAR-CLM等常用陆面模式在高原的模拟能力，并运用到WRF模式中，进而改进天气气候的模拟。

该项目完成了对青藏高原地区主要地气交换参数的特征分析，特别评估了几种热力学粗糙度和总体输送系数计算方案在青藏高原地区的适应性。评估了部分观测站点陆-气耦合强度。比较了热力学总体输送系数的不同计算方案以及多种土壤过程方案对感热、潜热模拟的影响。并把改进的陆面过程模式Noah-MP耦合到了WRF模式中，可以进行青藏高原地区天气气候模拟试验。.首先，分析了青藏高原上5个观测站点的粗糙度和总体输送系数，并给出一些统计特征。在Noah-MP陆面过程中比较了六种热力学粗糙度方案对青藏高原地面感热和潜热模拟的影响。发现Zeng and Dickinson(1998)热力学粗糙度方案总体上比较适合青藏高原地区。发现Noah土壤阻抗方案和NY06（Niu and Yang, 2006）冻土渗透方案较适合。分析了1981-2010年青藏高原感热和潜热特征，并确认了高原东部、中部和西部感热通量的减弱趋势。.然后，考察了Noah-MP和CLM4陆面过程模式对青藏高原浅层土壤温度和湿度的模拟性能。总体上，相对于观测数值，CLM4模式模拟的土壤温度偏低，Noah-MP模式模拟有偏低，也有偏高。在amdo站，CLM4和Noah-MP对土壤温度的模拟差异很大。在D66观测站，土壤温度模拟对热力学输送系数以及冻土渗透方案敏感，有很大不确定性。NY06（Niu and Yang, 2006）冻土渗透方案也能改善冻土温度的模拟。项目还使用了两套资料驱动Noah-MP模式，进行青藏高原区域1981-2010年的“offline”模拟，分析了1981-2010年青藏高原土壤温度和湿度的分布和趋势。.最后，使用ERA-interim资料给WRF模式提供初始和边界条件,考察陆面模式Noah-MP在耦合大气的WRF中的表现。使用Noah-MP模式的3种径流和土壤阻抗方案结合大气中的微物理过程方案和积云对流参数化方案进行了多组模拟试验，发现SIMTOP径流方案和Noah土壤阻抗方案比较适合青藏高原和中国区域的气温和降水模拟。