利用位于季节冻土区的中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站那曲/BJ观测点的野外观测数据,通过CLM4.5的单点模拟实验,分析评估了Luo土壤热导率参数化方案、Johansen土壤热导率参数化方案、C?té土壤热导率参数化方案和虚温参数化方案对土壤温、湿度的模拟能力,为将来选取最优的参数及参数化方案来更合理的模拟青藏高原土壤冻融过程为目的的工作提供依据。结果表明:(1)三种土壤热导率参数化方案模拟结果的土壤热传导率有明显差异,其中C?té方案的土壤热传导率最高,Luo方案的土壤热传导率最低。(2)三种热传导率方案均能合理地模拟出土壤温湿度的日变化趋势,Johansen方案对土壤温度年变化趋势模拟的更好,C?té方案对土壤温度模拟的数值较观测值偏离的更小,Luo方案对土壤湿度的模拟更好。(3)加入虚拟温度方程,并引入相变效率参数后,减少了模式对土壤湿度模拟的负偏差,Y-L方案在保持土壤温度较好模拟能力的基础上,能够进一步的提升土壤湿度的模拟能力。
利用玉树隆宝湿地的观测资料,分析了未冻结、冻结和冻结有积雪覆盖三种情况下动量通量和感热通量的日变化情况,计算了三种情况下动量总体输送系数、感热总体输送系数、动力学粗糙度和热力学粗糙度,分析了附加阻尼和粗糙度雷诺数的关系,并将三种附加阻尼的参数化方案进行了比较,结果表明:冻结状态下动量通量和感热通量的日变化幅度最大,冻结有积雪覆盖时,动量通量和感热通量的日变化幅度最小。动量总体输送系数CD和感热总体输送系数CH的值在冻结时最大,冻结有积雪覆盖时最小,动力学粗糙度和热力学粗糙度在冻结状况下最小,冻结有积雪覆盖时最大。未冻结、冻结和冻结有积雪覆盖状态下,三种附加阻尼kB-1参数化方案中,幂函数型方案较为合适。
评述了高原活动层水分的野外观测和参数化方案.其中,基于观测数据的数理统计,无法准确获取较大时空尺度上活动层水分迁移特征.为此,通过是否分别考虑未冻结和冻结状态两条途径,建立了4类活动层水分参数化方案:1基于土壤含水量的Clapp-Hornberger公式等;2引入土壤温度的克拉贝龙方程与Clapp-Hornberger公式耦合;3引入冰的阻塞作用;4通过土壤温度和含冰量修正的Clapp-Hornberger推广式.但这些方案对冻结期的水分迁移模拟结果并不理想,仍需进一步的改进.
摘要：冰川融水是我国西北地区水资源重要来源。度日模型在冰川消融估算中应用较为广泛，度日因子是该模型的重要参数。对于冰面特性复杂的天山托木尔型山谷冰川，利用单一度日因子的度日模型不能较好模拟消融的年内变化过程。目前针对此类型冰川度日因子的参数化方案研究尚未展开。本项目拟依托天山托木尔峰南坡科其喀尔冰川观测站，在消融期利用花杆对冰川不同海拔高度、坡度坡向、表碛厚度区分别进行消融观测试验。结合气象观测数据，计算度日因子的时空分布特征，分析表碛厚度、地形、地表温度、冰川运动以及降雪对度日因子的影响机理，构建度日因子的空间参数化方案。在此基础上，完善传统度日模型中度日因子的参数化方案并耦合到HBV水文模型中进行试验；以观测的径流为基础，对比原来冰川消融估算方案和度日因子参数化的消融方案的模拟效果。探讨度日因子时空差异对冰川径流估算的影响，为托木尔型山谷冰川的消融估算中提供度日因子参数化方案参考依据。
2016-01中国北方土壤风蚀区包括多种土地利用、土壤和植被类型，现有耕地风蚀模型不能满足需要。本项目在前人和项目组预研究成果基础上，建立研究区土地利用类型、土壤类型及其理化特性、植被特征、DEM地形图等空间数据库，确定典型观测区、样品采集区和实验模拟条件；野外测量典型观测区的裸露、有不同特征植被、不同耕作措施耕地、不同大小和密度的砾石覆盖、中小尺度地形等情形下的空气动力学粗糙度；根据模拟实验和野外观测数据，计算典型土壤类型裸土和结皮条件下的临界摩阻风速和剪应力，不同粗糙元条件下的临界摩阻风速和剪应力，以及粗糙元及其之间裸土表面的剪应力分离；研究土壤抗蚀性与表土机械组分和水分、碳酸钙和有机质含量、表土容重、植物根系等之间的定量关系。依据风蚀动力学原理，分别对地表粗糙干扰因子、风力侵蚀因子、土壤抗蚀性因子进行归并，并将其参数化，为未来构建具备风蚀动力学理论基础和具有广泛适用性的土壤风蚀模型奠定理论基础。
2014-01对NCAR CLM3.0(Community Land Model)的冻土过程参数化进行了改进。根据平衡态的热力学关系和考虑含冰量的土壤基质势的经验公式定义了冰点下的最大液态水含量,超过最大液态水含量的部分冻结为冰,并在水导率的计算中加入了冰的阻挡作用。利用青藏高原改则站2003年4月1日至2004年12月31日的观测资料进行了单点模拟试验,模拟结果表明,原模式对辐射通量模拟比较准确,但低估了冬季冻结期的液态水含量,高估了冰含量,土壤温度也因此出现偏差,改进冻土参数化后对液态水和冰的模拟明显改善,土壤温度模拟也更接近实测,部分改进了模式对土壤水热过程的模拟能力。
对黑河流域上游山区水源涵养林区2003年春季土壤温度、湿度变化进行分析,运用耦合冻土参数化和没有耦合冻土参数化的大气模式MM5对该区春季过程进行了模拟,并与观测值进行对比,对模拟的产流量做了初步分析.结果显示:考虑冻土参数化方案对土壤温度模拟的改进主要体现在表层土壤,对深层土壤温度的模拟没有大的改进;考虑冻土参数化方案改进了对100 cm深度以内的土壤含水量的模拟,很大程度上缩小了模拟值与观测值之间的绝对误差.总体来讲,考虑了冻土参数化的模拟结果在一定程度上改进了模式对黑河流域上游季节冻土区土壤温、湿状况的模拟,在一定程度上逼近祁连山区的春季土壤状况.考虑冻土参数化和没有考虑冻土参数化对产流量的模拟表明,冻土参数化对产流量模拟有很大影响,冻土形成的不透水层可以产生更多的地表径流.尽管考虑冻土参数化过程对模拟结果有一定程度的改进,但模拟结果与实测结果还是有一定差距的.因此,进行寒区冻土过程模拟时,还需要进一步对土壤信息、模式物理过程,大气背景场驱动数据以及局地因素进行详细而精确的考虑,以期进一步提高模式在寒区的模拟性能,特别是为高寒山区无观测地带陆气相互作用研究提供依据.
【中文摘要】针对现有陆面过程模型不足，发展包含各种下垫面（特别我国重要的雪盖，冻土和干旱区等）水—热输运耦合模型，发展新型的植被光合作用和水热输运过程耦合的物理生化模型，形成有我国下垫面特色、完整的植被圈、冰冻圈和土壤圈耦合垂向一维交换模型。在此基础上，用嵌镶式格点模型，扩展该模型能局部处理非均匀下垫面的影响。以配合全球气候耦合系统研究。
2003-01冻土气候关系模型是目前冻土学领域的研究热点 ,评述了冻土对气候系统的响应模型以及陆面过程模型中的各种冻土参数化方案 .建立在传热学基础上的物理模型具有动态性、普适性的优点 ,适合于冻土工程计算 ,当把它们推广到面上时 ,需要对其进行简化 .经验模型大都只使用有限的变量 ,与地理信息系统结合紧密 ,因此模型具有空间性 ,较为适合于冻土制图 .陆面过程模型中的冻土参数化目前有 3类方法 :1)限定或修正水热参数 ;2 )比较单位土层中耗热或放热量与可耗热或可放热量而计算产冰率 ;3)使用土壤基质势定义土壤冻结后的未冻水含量 .现有的陆面过程模型中的冻土参数化方案需要进一步的改进