BCC_AVIM陆面模式不同土壤垂直离散化方案对土壤水热输送的数值模拟

陆面模式中的土壤如何分层至关重要,一般情况下认为在受大气—地面界面影响较大的土壤表层应该细分,土壤越往深层,土壤层厚度的分层可以相应加大。已有研究表明:在不同天气和气候积分条件下,土壤厚度在根带以下,其对模拟结果有不同的影响。这表示根据不同的研究要求,应当改变土壤的分层方式。然而什么是陆面模式中的最优土壤分层方式仍不确定。因此本文主要利用BCC_AVIM陆面模式探究不同土壤垂直离散化方案对于土壤水热属性,表面辐射通量与感热、潜热通量模拟的敏感性,从而达到提升模式模拟效果的目的。BCC_AVIM陆面模式中原土壤分层方案为10层,将土壤各层的节点深度,土壤层厚度以及土壤各层的界面深度进行插值,由原来的10层土壤层插值到20层,在本文中称为方案一;参考模式CLM5.0中的土壤垂直离散化方案并改进到BCC_AVIM陆面模式中,原土壤层次也由10层增加到20层,为本文的方案二。将改进后的方案一和方案二与原方案结果对比分析发现:(1)方案一和方案二对土壤温度的模拟与实测数据更吻合,对于各层土壤温度的数值大小与变化趋势的模拟效果有所提升,其中方案一对浅层土壤温度的模拟效果更好。(2)在土壤湿度的模拟上,三种方案对浅层土壤湿度的模拟效果较好,对深层土壤湿度的模拟效果相对较差,其中方案一对土壤各层湿度曲线变化趋势与数值大小的模拟更加贴近实测数据。(3)方案一对土壤各层是否发生冻结或消融的时间判定更合理,更加接近实测数据。整体上,方案一的模拟效果最佳。由此,得出结论:方案一相较于原方案对土壤温、湿度的模拟效果有所改善,这表明在同样的土壤深度下,更密集更细致的土壤分层有利于提升模式对土壤水热输送的模拟能力。同时,方案一的模拟效果总体优于方案二,这也表明,在相同的土壤层次下,浅中层拥有更密集的土壤分层,对于提升模式对土壤水热输送的模拟能力有一定的积极影响。

青藏高原夏季砾石与有机质对土壤水热影响的数值模拟

青藏高原(简称高原,下同)地形复杂,各个区域土壤条件差异较大,土壤砾石与有机质对土壤水热有较大的影响。本文使用耦合了CLM4.5的区域气候模式RegCM4.7,通过修改模式所用地表数据以及相应的土壤水热参数化方案,分别建立了砾石方案(test2)和砾石-有机质方案(test3)。模拟结果表明:test2较原方案(test1)对于高原西部的模拟效果提升明显,但对于高原东部的模拟效果欠佳。test3在test2的基础上,提升了高原中部与东部浅层土壤的模拟效果。test3的浅层土壤区域平均温度均方根误差从2.11℃下降到0.47℃,浅层土壤区域平均湿度均方根误差从0.05 mm^(3)·mm^(-3)下降到0.01 mm^(3)·mm^(-3)。同时,三种方案均能较好地模拟高原的地表温度。其中test3误差最小,区域平均的均方根误差从2.18℃下降到0.74℃,与再分析数据更加接近。

青藏高原土壤冻融参数化改进及其在BCC_CSM气候模式中的效果对比

考虑到冻融过程对于陆气相互作用的重要影响,本文将改进后的冻融参数化方案耦合到BCC_CSM2_MR模式中并进行了为期一年的模拟实验,根据土壤层的年变化将模拟时段划分为开始冻结、完全冻结、开始消融和完全消融四个阶段,分析了土壤温度、土壤温度、高原近地面风场和降水这几个气象要素。结果表明,对于浅层和深层的土壤温度,四个冻融阶段新方案的模拟都有良好的改进效果,尤其是在高原中部模拟更加准确。优化后的冻融参数化方案对土壤湿度的模拟效果改善是十分显著的,在这四个冻融时段,新方案的均方根误差和偏差在青藏高原全域都有明显的降低,主要表现在青藏高原中部地区。青藏高原上整体呈现为西风,冻结过程阶段新方案模拟结果在高原北部以及中部地区风速偏差有所减小,与对比资料更为接近;完全冻结阶段、消融过程阶段以及完全消融阶段新方案在高原北部的风速偏差减小较为明显;在冻融过程的四个阶段的降水模拟,新方案的均方根误差比原方案减小,相关系数都有提升。研究结果显示改进之后的土壤冻融参数化方案相比与原方案BCC_CSM中的模拟效果有提升,对于主要环流系统的模拟有改善。

金塔绿洲小气候效应的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了夏季金塔绿洲小气候效应特征。绿洲的存在改变了沙漠地区原有的环流结构和湿度分布;绿洲边界层低,沙漠边界层较高,绿洲较低的边界层结构实际上是一个保护层,使得绿洲大气中水分保存在较低边界层中,对绿洲生态系统的发展起到了保护作用;绿洲地区感热通量小,潜热通量大;沙漠地区感热通量大,潜热通量小。通过能量和水分的非均匀分布驱动了绿洲环流,使沙漠区域产生上升气流,绿洲区域产生下沉气流。

西北植被覆盖对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用美国 Ｎ Ｃ Ａ Ｒ 区域气候模式 Ｒｅｇ Ｃ Ｍ２ 研究了西北植被覆盖面积变化对我国区域气候变化的影响。共设计了三组试验，即西北植被面积扩大试验（ Ａ） 、控制试验（ Ｂ） 和植被面积缩小试验（ Ｃ） 。通过对比分析发现，西北植被扩展和退化都能影响地表温度、高度场和流场、我国夏季风的强度以及季风降水的分布，还能影响到土壤湿度和径流量。植被扩展，季风加强，有利于高原及我国北方地区降水增强。植被退化，荒漠化加剧，季风减弱，则使北方地区降水减少。

南海海域海-气耦合模式及其数值模拟试验

在NCAR区域气候模式RegCM2和普林斯顿海洋模式POM基础上发展了适用于区域海 -气相互作用研究的区域海 -气耦合模式。模式采用同步耦合 ,海洋模式将海表温度提供给大气模式 ,大气模式为海洋模式提供太阳短波辐射、感热通量、潜热通量。海洋与大气模式每 1 5min交换一次通量。耦合过程没有使用通量校正。使用该模式对中国南海区域1 995年 5～ 7月大气和海洋进行了模拟试验 ,将模拟结果与COADS通量强迫的模拟结果进行了比较表明 ,该模式可以较好地模拟南海海洋环流和中尺度海 -气相互作用过程 ,可以用于区域海 -气相互作用的研究。

区域暴雨增强数值预报业务系统及其预报效果分析

该文介绍了区域暴雨增强数值预报业务系统的设计思想、主体结构及主要的关键技术，并总结了该系统业务试验的情况和效果。该系统以ＹＨ模式为基础，对其从坐标系、水平和垂直分辨率及物理过程等方面进行了改进，并结合实时资料处理系统、图形处理等形成了一个比较完整的数值预报业务体系。该系统的特点是使用Ｔ６３预报产品作为初值客观分析的猜测场，引入卫星云图资料、三维嵌套和并行计算技术，在多ＣＰＵ工作站和微机上实现了并行计算的数值预报业务。该系统已成功地进行了业务试运行。

夏季河西地区绿洲—沙漠环境相互作用热力过程的初步分析

从绿洲和沙漠地面能量平衡方程和水分平衡方程出发,得到了表达绿洲稳定度和绿洲环流的表达式,绿洲地表温度低于沙漠的最主要原因是绿洲地表明显的蒸发。绿洲上大气稳定度的增加对于维持绿洲是一个重要的自我保护机制。从动力学角度来看,绿洲区明显的下沉(上升)运动将使大气稳定(不稳定)。反照率效应将减弱绿洲风环流,相反,蒸发效应会驱动它。绿洲中过多的蒸发使绿洲地表温度低于周围沙漠。这种温度差异使绿洲风环流产生,并且使绿洲区产生下沉运动、沙漠区产生上升运动。

环境条件对不同品种小麦缺Mn的影响

在温室和网室中进行盆栽试验 ,研究不同环境条件和杂草对冬小麦缺Mn的影响 ,同时探讨不同小麦品种对缺Mn的耐性 ,发现生长在温室中的小麦其缺Mn症尤为严重 ,而从网室转移到温室的小麦因苗期在网室中受降雨渍水影响吸收了较多Mn2 +,缺Mn症就较轻 ,表明环境因子中降雨是影响小麦Mn营养的一个重要因素 ;供试的 3个品种中 331 7较耐缺Mn ,其Mn的吸收量明显高于敏感品种 .此外 ,试验还发现与小麦伴生的杂草麦麦草对Mn吸收能力强 ,是小麦根际Mn营养的有力争夺者 .

绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征影响的数值模拟

采用两维高分辩率边界层数值模式，并与一个包括植被和土壤层的生物一大气能量传输模式（ＢＡＴＳ）耦合，模拟研究绿洲和沙漠下垫面状态对大气边界层特征的影响。结果表明，沙漠中的绿洲对大气产生“冷湿效应”，使之上空形成冷湿气柱；绿洲之间的沙漠对大气呈“暖干效应”，使上空形成热干气柱。在水平平流的作用下，在绿洲下游的沙漠边缘形成降水峰值，有利于降水，但沙漠区下游的绿洲则相对于整个绿洲区降水偏少，不利于形成降水。

不同移栽期对强化栽培优质杂交水稻生长及产量的影响研究

田间试验研究不同移栽期对强化栽培体系 (SRI)优质杂交水稻生长和产量的影响结果表明 ,幼苗早插可增加低位分蘖数进而促进大穗的形成 ,该措施与稀植结合使水稻形成更多分蘖和有效穗数 ,进而达到高产 ,并节省用种和栽秧用工。

根表铁、锰氧化物胶膜在磷不同浓度下对水稻磷吸收的影响

在采用土- 砂联合培养和不同水分管理措施形成不同厚度根表铁、锰氧化物胶膜试验的植株上, 将植株转移到磷不同浓度的营养液中, 研究根表铁、锰氧化物胶膜对水稻磷吸收的影响。结果表明, 水稻根表铁、锰氧化物胶膜, 特别是铁胶膜受土壤水分状况影响, 在长期淹水条件下, 根表铁、锰氧化物胶膜较厚, 而湿润和干- 湿交替处理下形成的胶膜较薄; 水稻根表铁、锰胶膜以铁胶膜为主, 占胶膜总量的97.63% ～99.23% ;水稻根表铁、锰胶膜越厚,对介质中磷的吸附量越高,且磷吸附量随介质中磷浓度的增加而增加; 根表铁、锰氧化物胶膜对水稻磷吸收的影响取决于胶膜数量 (厚度), 当胶膜中等 (铁胶膜量为5141m gkg- 1、锰胶膜为40mgkg- 1) 时, 磷吸收量最大, 而胶膜太薄和太厚均不利于水稻对磷的吸收。由于水稻根表铁、锰氧化物胶膜受土壤水分状况影响, 因此, 生产上可以通过合理灌溉来促进水稻对磷的吸收。

区域气候模式对华北夏季降水的气候模拟

使用美国ＮＣＡＲ 区域气候模式ＲｅｇＣＭ２ 对１９９１ 和１９９４ 年我国华北夏季降水进行了气候模拟研究，以检验ＮＣＡＲ 区域气候模式对华北夏季降水的气候预测能力。模拟结果表明，该模式能较好地模拟华北夏季降水的主要分布特征，对华北少水年（１９９１ 年） 和多水年（１９９４ 年） 夏季降水的模拟都比较成功。模式还能较好地模拟夏季季风的发展过程，对环流场的模拟也与分析场比较一致，因而该模式可以用于研究和预测华北夏季降水以及华北水资源。

限制根系下扎对水稻土上不同基因型小麦生长和锰营养的影响

采用在田间埋设 4 0 0目尼龙绢网制作的网袋限制根系下扎的试验方法 ,研究了限制根系下扎对水稻土上不同基因型小麦生长和锰营养的影响。结果表明 ,水稻土剖面锰的空间分布对小麦生长和锰营养有着重要的影响 ,将根系限制在耕作层土壤中小麦缺锰症发生早、症状严重 ;供试的 2个小麦品种中 80 8较耐缺锰 ,而 32 95对缺锰敏感 ,限制根系下扎使缺锰敏感品种 (32 95 )缺锰症更加严重。试验证明 ,耐缺锰品种在缺锰条件下因根系发达 。

敦煌绿洲夏季边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套方法,模拟研究了沙漠绿洲的环流及边界层特征,并且与无绿洲试验进行了比较。结果表明:沙漠中的绿洲在夏季是一个冷源,地面感热通量和潜热通量与周围的沙漠地区存在较大差异。在绿洲区,感热通量小,潜热通量大;在沙漠区,感热通量大,潜热通量小。绿洲边界层顶低,沙漠边界层顶高。绿洲可以改变沙漠地区的大气稳定度,使得原来大气层结不稳定的沙漠地区出现较稳定的大气层结。沙漠绿洲改变了原有沙漠地区的环流结构及温、湿场的分布,使得在绿洲上空大气下沉,沙漠上空大气上升,从而产生了绿洲上空大气干冷,沙漠上空大气暖湿的边界层特征。绿洲边缘的沙漠形成的较大的湿气柱围绕着绿洲,起到了保护绿洲的作用。沙漠绿洲低空呈现辐散气流,使得绿洲上风方的沙漠地区风速减小,绿洲下风方的沙漠地区风速增大。

沙漠—绿洲大气边界层结构的数值模拟

利用美国NCAR新版中尺度MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的模拟方法,模拟研究了沙漠绿洲的环流及边界层特征。结果表明:在没有西风气流背景的影响下,绿洲沙漠环流和大气边界层结构是对称的。沙漠绿洲改变了原有沙漠地区环流结构及温、湿场的分布,绿洲上空大气下沉,沙漠上空大气上升,从而产生了绿洲上空大气冷干,沙漠上空大气暖湿的边界层特征。绿洲边缘形成了由干到湿的强湿度梯度带围绕着绿洲,起到了保护绿洲的作用。在有西风背景气流的影响下,绿洲沙漠环流和大气边界层结构是非对称的。但是,西风背景气流的存在可以破坏绿洲系统对称的环流结构,不利于绿洲系统的稳定发展。

耐低钾小麦品种筛选及其吸钾特性的研究

1993～1995年在缺钾土壤上进行田间微区和小区试验,筛选耐低钾小麦品种并研究其吸钾特性。试验结果表明,在缺钾土壤上不同小麦品种的产量存在显著差异。以耐低钾力和品种适应性及分级指标进行评定,在微区试验的45份供试小麦品种中耐低钾能力强(1级)的占4.4％,耐性很差(7～9级)的占37.8％,其余介于二者之间(3～5级)的占与57.8％。川麦23和89—8耐性强的特点在小区试验中得到进一步验证。它们在缺钾条件下比敏感品种能够吸收较多的钾素,且有较多钾在成熟期转移到子粒中,因而在不施钾肥的条件下可获较高产量。

金塔绿洲风场与温湿场特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了甘肃河西走廊金塔绿洲风场与温湿场特征。结果表明:由于绿洲的存在,绿洲沙漠系统产生的次级环流对局地环流有一定影响;平流作用将沙漠中的干热空气送向绿洲,绿洲近地层会出现逆温,感热向地表输送;沙漠上由于临近绿洲的水汽平流作用,上层大气湿度比低层更大,这就是逆湿现象。

重视土壤、水和肥料资源利用与保护新技术研究促进农业可持续发展

土壤、水和肥料是进行农业生产最基本的要素, 土壤、水和肥料资源利用与保护新技术研究是农业可持续发展的重要内容。本文在分析我国农业生产中土壤、水和肥料资源利用、保护现状基础上, 讨论了土壤、水和肥料资源利用、保护新技术研究的重要性, 以及土壤、水和肥料资源利用与保护新技术的特征和要求, 指出只有服从和服务于农业可持续发展战略要求的土壤、水和肥料资源利用与保护技术才是真正的农业新技术, 在此基础上进一步探讨了开展土壤、水和肥料资源利用与保护新技术研究的总体思路。