基于参数化方案改进与参数优化提高半干旱区土壤湿度的模拟能力

亚洲半干旱区近50年存在强烈的干旱化趋势。半干旱区是陆-气相互作用最强烈的地区，该地区的土壤湿度强烈地影响着地-气间能量和水分的交换，进而对局地天气、气候产生显著影响，但当前陆面过程模式由于观测试验的限制，在半干旱区的发展不足，尤其对陆-气交换的核心变量之一的土壤湿度的模拟存在较大缺陷。本项目拟借助半干旱区不同下垫面的野外长期连续观测资料，选用通用陆面过程模式NCAR-CLM3.5，从参数化方案提高和参数优化两方面改善对半干旱区土壤湿度的模拟：针对模式的土壤水汽传输方案及土壤持水函数在半干旱区的不足，引入、发展相应的参数化方案，并对未在半干旱区得到验证的同土壤湿度相关的土壤水文属性、产流过程等过程的参数化方案，同国内外常用的多种方案进行比较，将最适合半干旱区的方案引入模式；对集成、发展后的模式进行参数优化，找到适合该地区的关键参数组的最优取值。

以陆面过程模式NCAR-CLM4.5为基础，采用加密观测数据并对模式的性能进行评估，并对同植被覆盖度以及植被生理状态有关的参数化方案进行改进。采用数值试验的方式对冷/暖季初始土壤湿度的干/湿扰动衰减的时间尺度，扰动在不同时间的变化特征，土壤湿度的扰动引起的陆-气潜热/感热通量、地表辐射收支、土壤温度等变量的变化特征进行了分析，结果显示初始扰动的时间变化存在明显的非线性特征，时间尺度达2年以上，干扰动会带来更大的影响。在不同的大气降水和温度条件下的数值对比试验显示在半干旱区初始土壤湿度扰动的衰减时间更长，扰动对陆-气通量交换以及辐射传输的影响更大。此外，在区域尺度上，对地表的热力异常在南海夏季风的爆发以及北疆夏季降水中的作用进行了简单的分析以考察陆面的热力作用对大气的影响。