陆面过程中植被冠层辐射传输方案的理论及应用研究

在现有陆面过程模式的基础上，发展先进的基于四流近似的植被辐射传输参数化方案，并与陆面过程模式、雪模式和大气模式相耦合，进行大量的数值试验，评估植被辐射传输方案对陆面模式的影响，评估有积雪的土壤和植被反照率变化对地气能量平衡的影响。本研究可改进陆气相互作用的数值模拟，加深对陆气相互作用和全球变化的认识，对于发展新一代多圈层相互作用的气候系统模式具有明确的科学意义。

本研究在冠层二流辐射传输模式基础上新发展了一个描述太阳短波辐射在植被中传输的冠层四流辐射传输模式。在原有冠层四流辐射传输模式基础上，引进Henyey-Greenstein,Lambertian及Dickinson冠层二流辐射传输模式中的散射相函数，考察这几种散射相函数对冠层四流辐射传输模式模拟性能影响。研究分析了冠层四流辐射传输模式在选取不同的土壤反射率和叶子散射率时，模拟结果随太阳高度角或叶面积指数变化。个例结果表明，四流模式采用不同散射相函数后，在低土壤反射率叶子散射率为中等时，模拟冠层反照率随叶面积指数增加和太阳高度角增大逐渐增大，模拟偏差也比较明显，而在其他多数个例情形下，模拟结果随叶面积指数增加和太阳高度角增大逐渐减小。模拟的冠层反照率随着叶面积指数增加和太阳高度角增大，模拟偏差也明显增大。最后研究利用田间观测资料对不同散射相函数的四流方案进行验证，试验结果表明，采用Henyey-Greenstein散射相函数后，冠层四流辐射传输模式能够得到更精确的植被反照率。. 研究利用1999年浙江大学田间观测资料以及第二次雪模式比较计划SNOWMIP（Second Snow Model Intercomparison Project）中加拿大BERMS草地站和森林站的观测资料，检验了新发展的冠层四流辐射传输模式（简称四流模式）的模拟性能。浙江大学试验结果表明：在可见光波段，因叶片散射率值较小，四流模式和二流模式模拟结果的差别不大，两个模式模拟的冠层反照率都接近观测值。将四流模式以及二流模式均耦合到改进的10层陆面模式BATS中，对比结果表明，采用的三种辐射方案（四流模式、二流模式、BATS原辐射传输模式）中，耦合四流模式的陆面模式模拟的地表反射太阳短波辐射通量最接近观测值。. 将发展的植被四流辐射传输方案（简称四流方案）与采用植被二流辐射传输方案（简称二流方案）的BCC_AVIM陆面过程模式耦合，利用GSWP资料检验陆面模式对地表反照率的模拟性能，分析不同植被辐射方案对地表反照率模拟结果的影响。结果表明，模拟得到的全球地表反照率基本上正确反映了地球表面下垫面类型的分布特性及其变化。模拟地表反照率在冬春季节由于雪盖存在，模拟结果与GSWP资料差别明显，主要原因是陆面模式模拟的欧亚大陆北部雪线偏南，导致在欧亚大陆北部地区，模拟反照率偏低。不同的植被