中國科學院大氣物理研究所,|,IJOC,植被高度表徵的耦合係數能顯著改善Noah-MP陸面模式的陸氣耦合强度

為了改進陸面模式對陸氣相互作用强度的表徵,中國科學院大氣物理研究所馬柱國研究員課題組的張霞博士在陳亮副研究員的指導下將一個隨植被冠層高度變化的耦合强度方案應用於離線Noah-MP模式並在中國區域進行評估。總的來說,該動態耦合方案明顯改進了Noah-MP模式對陸氣相互作用强度的類比。

地表交換係數(surface exchange coefficients,Ch)能表徵陸氣耦合强度,其參數化方案通過影響陸氣間能量、水分等交換效率在陸面類比過程中起著關鍵性作用,進而影響到天氣和氣候演變的可預測性。

為了改進陸面模式對陸氣相互作用强度的表徵,中國科學院大氣物理研究所馬柱國研究員課題組的張霞博士在陳亮副研究員的指導下將一個隨植被冠層高度變化的耦合强度方案應用於離線Noah-MP模式並在中國區域進行評估。研究結果表明,相較於Noah-MP默認方案,該動態方案顯著地改進Ch計算(圖1),並减少了地表能量和水分類比值與觀測值的偏差(比如圖2感熱通量)。值得注意的是,該動態方案的改進效果隨不同土地覆蓋類型而异。研究的結果還發現,該方案對矮植被(草、農作物和灌木)類比的Ch值及地表能量和水分變數值與觀測值更為接近,而高植被(森林)的改進雖並不顯著但保持了合理的估計值。新方案的改進效果源自於熱量粗糙長度的處理。總的來說,該動態耦合方案明顯改進了Noah-MP模式對陸氣相互作用强度的類比。

上述研究結果於近期發表在了International Journal of Climatology。該論文得到了國家重點研發計畫(2017YFC1501804)、國家自然科學基金(41875116)、中國科學院寒旱區陸面過程與氣候變化重點實驗室開放課題“西北乾旱地區陸-氣耦合强度對區域氣候的影響”(LPU2017001)和國家重大科技基礎設施項目“地球系統數值模擬裝置”(EarthLab)項目的資助。

圖1觀測和類比的地表交換係數(Ch)。OBS表示ChinaFLUX觀測數據計算得到的Ch,Default、Czil和Newczil分別表示Noah-MP陸面模式採用默認M-O方案、Czil= 0.1方案和Czil-h(Czil隨冠層高度變化)方案得到的Ch。橫坐標表示9個ChinaFLUX通量網站,綠色柱狀圖表示每個通量網站植被的平均冠層高度

圖2觀測和類比的感熱通量(SH)。OBS、Default、Czil和Newczil含義同圖1,DIFF表示觀測與類比之差

參考文獻:

Zhang X,Chen L,Ma ZG,Gao YH.Assessment of surface exchange coefficients in the Noah-MP land surface model for different land-cover types in China.Int J Climatol.2021;1–22.https://doi.org/10.1002/joc.6981

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