蒸散发是地表水文循环和能量交换过程的重要组成部分,且在高寒山区有极强的时空异质性,准确模拟蒸散发对于研究高寒山区水文循环过程有着重要的意义。CLM5.0(Community Land Model5.0)是CLM模式的最新版本,具有较为完善的水文循环机制,...蒸散发是地表水文循环和能量交换过程的重要组成部分,且在高寒山区有极强的时空异质性,准确模拟蒸散发对于研究高寒山区水文循环过程有着重要的意义。CLM5.0(Community Land Model5.0)是CLM模式的最新版本,具有较为完善的水文循环机制,是目前国际上发展最为完善的陆面过程模式之一。基于典型高寒山区黑河上游五个观测站的观测数据,对CLM5.0的蒸散发模拟性能进行评估。结果表明:CLM5.0在模拟蒸散发时结果总体上可信,其R值的范围在0.601~0.839之间,RSR值的范围在0.964~1.145之间,BIAS值的范围在^(-1).220~-0.597 mm·d^(-1)之间。说明CLM5.0在高寒山区可以较好地捕捉观测到蒸散发的时间趋势,但仍存在一定的低估。非生长季的BIAS值的范围在-0.904~-0.367 mm·d^(-1)之间,生长季的BIAS值的范围在-2.094~-0.794 mm·d^(-1)之间,这表明蒸散发模拟值的低估主要来自生长季的模拟。高寒草甸上R值的范围在0.299~0.651之间,RSR值的范围在1.135~1.332之间,高寒草地上R值为0.209,RSR值为1.450,因此,CLM5.0在草甸的模拟性能优于草地。CLM5.0白天R值的范围在0.605~0.840之间,RSR值的范围在0.252~1.193之间,夜晚R值的范围在0.344~0.651之间,RSR值的范围在0.482~2.966之间,对比可知CLM5.0在白天模拟蒸散发的性能优于夜晚。这些结论可为CLM5.0的应用和改进提供科学依据。展开更多
气候变暖对北极多年冻土和植被产生了重要的影响。CLM(Community Land Model)是应用最广泛的陆面过程模式之一,但其中复杂的边界条件和参数化过程导致模式模拟结果存在一定的不确定性。本研究评估了CLM5.0对阿拉斯加多年冻土区表层土壤...气候变暖对北极多年冻土和植被产生了重要的影响。CLM(Community Land Model)是应用最广泛的陆面过程模式之一,但其中复杂的边界条件和参数化过程导致模式模拟结果存在一定的不确定性。本研究评估了CLM5.0对阿拉斯加多年冻土区表层土壤温度和碳循环的模拟能力,结果表明,CLM5.0可以捕捉到表层土壤温度的季节变化。在苔原和针叶林站点,CLM5.0在日尺度和月尺度都可以很好地模拟出总初级生产力(GPP)随时间的变化,但对净生态系统碳交换(NEE)的模拟结果存在一定的不确定性。CLM5.0可以较为合理地模拟高纬度多年冻土区的土壤温度季节变化,在未来的研究中可能还需要从结构、参数化方案等过程进行改进,从而进一步提升高纬度多年冻土区碳循环的模拟精度。展开更多
土壤温度反映土壤的热状态,对地表能量交换起重要作用,是影响土壤水热再分配的关键性因素。高寒山区水热传输复杂且特殊,准确模拟土壤温度对于研究高寒山区水循环过程有重要意义。CLM 5.0(Community Land Model 5.0)是CLM模式的最新版本...土壤温度反映土壤的热状态,对地表能量交换起重要作用,是影响土壤水热再分配的关键性因素。高寒山区水热传输复杂且特殊,准确模拟土壤温度对于研究高寒山区水循环过程有重要意义。CLM 5.0(Community Land Model 5.0)是CLM模式的最新版本,是目前国际上最先进的陆面过程模式之一。本文基于黑河流域上游9个典型观测站实测数据,对CLM 5.0的土壤温度模拟性能进行评估。结果表明:(1)CLM 5.0可以很好地模拟土壤温度在高寒山区的年内变化和年际变化,但模拟值相较实测值普遍存在低估。(2)CLM 5.0对土壤温度的模拟性能在高寒草甸略高于草地,土壤浅层优于深层。(3)CLM 5.0模拟的土壤温度在生长季和非生长季均呈现低估,且非生长季低估更明显;在冻结期和非冻结期均为低估,且冻结期低估更明显。(4)非生长季土壤温度的明显低估主要是冻结期土壤温度的明显低估引起,CLM 5.0中土壤冰的模拟偏差是主要原因。以上结论可为陆面过程模式CLM 5.0在高寒山区的应用及改进提供科学依据。展开更多
The model performance in simulating soil water content(SWC) is crucial for successfully modeling earth’s system,especially in high mountainous areas.In this study,the performance of Community Land Model 5.0(CLM5.0) i...The model performance in simulating soil water content(SWC) is crucial for successfully modeling earth’s system,especially in high mountainous areas.In this study,the performance of Community Land Model 5.0(CLM5.0) in simulating liquid SWC was evaluated against observations from nine in-situ sites in the upper reach of the Heihe River Watershed(HRW),Northwest China.The CLM5.0 shows reliable performance in the study area with correlation coefficients(R) ranging between 0.79–0.93,root mean standard errors(RMSE)ranging between 0.044–0.097 m^(3)/m^(3),and the mean bias(BIAS) ranging between-0.084–0.061 m^(3)/m^(3).The slightly worse performance of CLM5.0 than CLM4.5 on alpine meadow and grassland is mainly caused by the revised canopy interception parameterization.The CLM5.0 overestimates interception and underestimates evapotranspiration(ET) on both alpine meadow and grassland during the growth period.The systematical overestimations at all the grassland sites indicate that the underestimation of ET is much larger than the overestimation of interception on grassland during growth period,while the errors of simulated interception and ET are partially canceled out on alpine meadow.Moreover,the underestimation of ET is more responsible for the overestimation of SWC than the overestimation of interception in the high mountainous area.It is necessary to estimate reasonable empirical parameter α(proportion of leaf water collection area) in interception parameterization scheme and further improve the dry surface layerbased soil evaporation resistance parameterization introduced in CLM5.0 in future researches.The performance of CLM5.0 is better under completely frozen stage than thawing stage and freezing stage,because of low variations of liquid SWC caused by extremely low hydraulic conductivity of soils.The underestimation of liquid SWC under frozen state is caused by underestimation of soil temperature,which leads to more ice mass and less liquid water in total water content.展开更多
本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料，驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4．0，CLM4．O）模拟了中国区域1961-2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（Naional Cent...本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料，驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4．0，CLM4．O）模拟了中国区域1961-2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（Naional Centers for Environmental Prediction Reanalysis，NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS，AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析，结果表明CLM4．0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征，但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致，与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致；从1961-2010年土壤湿度模拟结果分析得出，各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外，土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主，30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下，CLM4．0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小，湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著，其次是半干旱区和干旱区。展开更多
利用中国气象局国家气象信息中心研发的中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)大气近地面强迫资料,驱动美国国家大气研究中心公用陆面模式(Community Land Model,CLM3....利用中国气象局国家气象信息中心研发的中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)大气近地面强迫资料,驱动美国国家大气研究中心公用陆面模式(Community Land Model,CLM3.5),对中国新疆地区土壤温度时空分布进行逐小时Off-line模拟(模拟时段为2009—2012年);利用国家土壤温度自动站(新疆区域105站点)数据验证CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式在中国新疆地区3个土壤层(5cm、20cm和80cm)的土壤温度模拟能力。研究发现:在月变化方面,第1层(5cm)土壤温度模拟与实测值差异最大,在每年7月最大差异达5k左右;第2层(20cm)在每年7月达最大差异(3k左右),而第3层(80cm)在每年7月均模拟的很好。造成这种现象的原因可能因为新疆地区7月前后浅层土壤温度变化剧烈,温度白天最高可达300K以上,昼夜温差大,导致模式不能很好抓住浅层土壤温度的变化趋势。研究还发现,在80cm土壤深度,模式在1月、12月的模拟结果均较前两层差。在日变化方面,研究发现:较浅的两层(5cm和20cm)土壤温度模拟值在夏季和秋季均较差。与月变化模拟结果类似的是,80cm土壤层日变化在1、12月模拟较差,然而在其他时段却模拟的很好。在小时变化方面,分析发现:第1层土壤(5cm)模拟结果在每年的1—4月及9—11月的全天(即24 h),模式也会有不同的偏差:其中,在03UTC—21UTC之间主要表现为模式结果比观测结果偏高,而在日内21UTC—00UTC主要表现为模拟结果偏小。在每年的5—8月,全天模拟值都偏小,其中在09UTC达当日最大值。而距离第2层(20cm)处的土壤温度模拟值在大部分月份都偏差较小(-1K至1k之间),并在日内12UTC偏差达到当日最大值。研究发现,在土壤20cm处,模式模拟的最大值较观测值提前,而第3层(80cm)的土壤温度基本不受日内变化影响,表现较为平稳。造成这种影响的原因可能是因为新疆地区5—8月、9—11月为昼夜温差大,深层土壤温度较浅层土壤温度温差变化小,这也造成了模式对于浅层土壤模拟较深层差的主要原因。总体研究表明:CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式可较为精确的模拟中国新疆地区多年平均土壤温度时空分布,并较为准确的反映中国新疆地区土壤温度的小时、日、月及年际的变化规律。模式浅温度模拟不好的原因可能与模式参数化方案及地表参数有关,后期将继续修正该问题。展开更多
陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地...陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地区的模拟性能进行了检验与对比。通过比较观测值与模拟值,验证了模式在高原季节性冻土地区的适用性,发现CLM4.0较CLM3.0在模拟结果上有了一定提高。CLM4.0加入了未冻水参数化方案,使模式可以模拟到冬季土壤冻结后存留的未冻水,显著增加了冻融期间土壤含水量的模拟,同时减小了土壤含冰量的模拟值。并因此增大了模拟的冻土热容量,减小了热导率,使冻融期间土壤温度的模拟也有了一定改善。但是模拟中也发现对于较深层土壤,温度模拟值在冻融期间较观测显著偏低。另外,在消融(冻结)过程阶段CLM4.0模拟的土壤含水量骤增(骤降)的时间均较观测提前。消融过程、冻结过程阶段模拟时间偏短,而完全冻结、完全消融阶段模拟时间偏长。因此CLM对于高原冻土地区的模拟仍是其需要重点改进的地方之一。展开更多
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...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。展开更多
地表温度是影响陆-气之间能量和物质交换的重要地球物理变量,对调节全球气候系统能量循环起着不可或缺的作用。为探讨美国国家大气研究中心(The National Center for Atmospheric Research,NCAR)公共陆面模式(Community Land Model,CLM...地表温度是影响陆-气之间能量和物质交换的重要地球物理变量,对调节全球气候系统能量循环起着不可或缺的作用。为探讨美国国家大气研究中心(The National Center for Atmospheric Research,NCAR)公共陆面模式(Community Land Model,CLM)对地表温度的模拟能力,利用1948—2004年美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)大气强迫场和NCAR陆面模式CLM3.0、CLM3.5、CLM4.0和CLM4.5对内蒙古地区1981—2004年的地表温度进行off-line模拟,并与观测地面温度资料进行对比。结果表明:NCAR/CLM系列陆面模式模拟地表温度都能较好地再现内蒙古地表温度的时空变化特征,与台站观测有着较好的一致性,其中CLM4.5在内蒙古地区模拟能力最好,与观测的相关系数最高、平均偏差和均方根误差都最小,这主要得益于CLM4.5对粗糙度计算的改进;不同版本CLM模拟地表温度普遍较观测数值偏低,在冬季各版本CLM模拟结果与观测值之间的平均偏差达到最小,在夏季的偏差增大,尤其是在东部地区,夏季偏差3℃以上,说明对最高地表温度的模拟能力东部和中部地区明显低于西部地区;西部地区各个版本差别并不如东部和中部地区明显,这与CLM4.0和CLM4.5改进了雪模式和水文过程有关。综上,CLM4.0和CLM4.5在内蒙古地区有较好的适用性,且模拟值均低于实测地表温度,冬季偏差较小,夏季偏差增大,东部地区偏差大于中部和西部地区。展开更多
植被总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）决定进入陆地生态系统的初始物质和能量,是陆地碳循环与大气碳库的重要联系纽带.利用陆面过程模式CLM4-CN（Community Land Model version 4 with Carbon- Nitrogen interactions）...植被总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）决定进入陆地生态系统的初始物质和能量,是陆地碳循环与大气碳库的重要联系纽带.利用陆面过程模式CLM4-CN（Community Land Model version 4 with Carbon- Nitrogen interactions）模拟和分析中国区域1982～2004年GPP（CLM4_GPP）时空变化特征,并通过与基于观测数据升尺度所得到的MTE_GPP（Model Tree Ensemble,MTE）进行比较,评估CLM4在中国区域GPP的模拟能力,同时探讨了不同土地覆盖资料对GPP的影响.结果表明：（1）CLM4-CN能够较好地刻画中国区域GPP空间分布格局,表现为由东南向西北递减,但在量值上大部分区域尤其是30°N以南地区存在高估,CLM4-CN模拟的GPP多年平均值为13.7 PgC a^-1,而MTE_GPP仅为6.9 PgC a^-1;（2）CLM4-CN可以合理模拟GPP的季节变化（与MTE_GPP相关系数大于0.9）,在量值上对温带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶灌木、C3极地草地、C3非极地草地和农作物模拟较好（均方根偏差RMSD 〈 100 gC m^-2 month^-1）;（3）不同植物功能型CLM4_GPP表现出的年际变率均大于MTE_GPP,仅热带针叶常绿林、寒带阔叶落叶林和C3极地草地的CLM4_GPP与MTE_GPP变化趋势一致;（4）降水是研究时段内控制整个中国区域GPP的主要气候因子,但不同地区存在较大差异;（5）两种不同土地覆盖资料GPP模拟结果的显著差异表明,精确的土地覆盖是准确模拟GPP的重要基础.展开更多
文摘气候变暖对北极多年冻土和植被产生了重要的影响。CLM(Community Land Model)是应用最广泛的陆面过程模式之一,但其中复杂的边界条件和参数化过程导致模式模拟结果存在一定的不确定性。本研究评估了CLM5.0对阿拉斯加多年冻土区表层土壤温度和碳循环的模拟能力,结果表明,CLM5.0可以捕捉到表层土壤温度的季节变化。在苔原和针叶林站点,CLM5.0在日尺度和月尺度都可以很好地模拟出总初级生产力(GPP)随时间的变化,但对净生态系统碳交换(NEE)的模拟结果存在一定的不确定性。CLM5.0可以较为合理地模拟高纬度多年冻土区的土壤温度季节变化,在未来的研究中可能还需要从结构、参数化方案等过程进行改进,从而进一步提升高纬度多年冻土区碳循环的模拟精度。
基金partially funded by the National Natural Science Foundation of China (41877148 and 42030501)Key Laboratory of Ecohydrology of Inland River Basin,Chinese Academy of Sciences。
文摘The model performance in simulating soil water content(SWC) is crucial for successfully modeling earth’s system,especially in high mountainous areas.In this study,the performance of Community Land Model 5.0(CLM5.0) in simulating liquid SWC was evaluated against observations from nine in-situ sites in the upper reach of the Heihe River Watershed(HRW),Northwest China.The CLM5.0 shows reliable performance in the study area with correlation coefficients(R) ranging between 0.79–0.93,root mean standard errors(RMSE)ranging between 0.044–0.097 m^(3)/m^(3),and the mean bias(BIAS) ranging between-0.084–0.061 m^(3)/m^(3).The slightly worse performance of CLM5.0 than CLM4.5 on alpine meadow and grassland is mainly caused by the revised canopy interception parameterization.The CLM5.0 overestimates interception and underestimates evapotranspiration(ET) on both alpine meadow and grassland during the growth period.The systematical overestimations at all the grassland sites indicate that the underestimation of ET is much larger than the overestimation of interception on grassland during growth period,while the errors of simulated interception and ET are partially canceled out on alpine meadow.Moreover,the underestimation of ET is more responsible for the overestimation of SWC than the overestimation of interception in the high mountainous area.It is necessary to estimate reasonable empirical parameter α(proportion of leaf water collection area) in interception parameterization scheme and further improve the dry surface layerbased soil evaporation resistance parameterization introduced in CLM5.0 in future researches.The performance of CLM5.0 is better under completely frozen stage than thawing stage and freezing stage,because of low variations of liquid SWC caused by extremely low hydraulic conductivity of soils.The underestimation of liquid SWC under frozen state is caused by underestimation of soil temperature,which leads to more ice mass and less liquid water in total water content.
文摘本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料，驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4．0，CLM4．O）模拟了中国区域1961-2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（Naional Centers for Environmental Prediction Reanalysis，NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS，AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析，结果表明CLM4．0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征，但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致，与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致；从1961-2010年土壤湿度模拟结果分析得出，各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外，土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主，30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下，CLM4．0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小，湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著，其次是半干旱区和干旱区。
文摘利用中国气象局国家气象信息中心研发的中国气象局陆面数据同化系统(China Meteorological Administration Land Data Assimilation System,CLDAS)大气近地面强迫资料,驱动美国国家大气研究中心公用陆面模式(Community Land Model,CLM3.5),对中国新疆地区土壤温度时空分布进行逐小时Off-line模拟(模拟时段为2009—2012年);利用国家土壤温度自动站(新疆区域105站点)数据验证CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式在中国新疆地区3个土壤层(5cm、20cm和80cm)的土壤温度模拟能力。研究发现:在月变化方面,第1层(5cm)土壤温度模拟与实测值差异最大,在每年7月最大差异达5k左右;第2层(20cm)在每年7月达最大差异(3k左右),而第3层(80cm)在每年7月均模拟的很好。造成这种现象的原因可能因为新疆地区7月前后浅层土壤温度变化剧烈,温度白天最高可达300K以上,昼夜温差大,导致模式不能很好抓住浅层土壤温度的变化趋势。研究还发现,在80cm土壤深度,模式在1月、12月的模拟结果均较前两层差。在日变化方面,研究发现:较浅的两层(5cm和20cm)土壤温度模拟值在夏季和秋季均较差。与月变化模拟结果类似的是,80cm土壤层日变化在1、12月模拟较差,然而在其他时段却模拟的很好。在小时变化方面,分析发现:第1层土壤(5cm)模拟结果在每年的1—4月及9—11月的全天(即24 h),模式也会有不同的偏差:其中,在03UTC—21UTC之间主要表现为模式结果比观测结果偏高,而在日内21UTC—00UTC主要表现为模拟结果偏小。在每年的5—8月,全天模拟值都偏小,其中在09UTC达当日最大值。而距离第2层(20cm)处的土壤温度模拟值在大部分月份都偏差较小(-1K至1k之间),并在日内12UTC偏差达到当日最大值。研究发现,在土壤20cm处,模式模拟的最大值较观测值提前,而第3层(80cm)的土壤温度基本不受日内变化影响,表现较为平稳。造成这种影响的原因可能是因为新疆地区5—8月、9—11月为昼夜温差大,深层土壤温度较浅层土壤温度温差变化小,这也造成了模式对于浅层土壤模拟较深层差的主要原因。总体研究表明:CLDAS驱动场强迫下的CLM3.5模式可较为精确的模拟中国新疆地区多年平均土壤温度时空分布,并较为准确的反映中国新疆地区土壤温度的小时、日、月及年际的变化规律。模式浅温度模拟不好的原因可能与模式参数化方案及地表参数有关,后期将继续修正该问题。
文摘陆面模式CLM(Community Land Model)是目前国际上发展较为完善并被广泛应用的陆面过程模式。本文使用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所位于青藏高原东部的若尔盖高原湿地生态系统研究站的观测资料,对CLM3.0版本及CLM4.0版本在上述地区的模拟性能进行了检验与对比。通过比较观测值与模拟值,验证了模式在高原季节性冻土地区的适用性,发现CLM4.0较CLM3.0在模拟结果上有了一定提高。CLM4.0加入了未冻水参数化方案,使模式可以模拟到冬季土壤冻结后存留的未冻水,显著增加了冻融期间土壤含水量的模拟,同时减小了土壤含冰量的模拟值。并因此增大了模拟的冻土热容量,减小了热导率,使冻融期间土壤温度的模拟也有了一定改善。但是模拟中也发现对于较深层土壤,温度模拟值在冻融期间较观测显著偏低。另外,在消融(冻结)过程阶段CLM4.0模拟的土壤含水量骤增(骤降)的时间均较观测提前。消融过程、冻结过程阶段模拟时间偏短,而完全冻结、完全消融阶段模拟时间偏长。因此CLM对于高原冻土地区的模拟仍是其需要重点改进的地方之一。
文摘对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。
文摘地表温度是影响陆-气之间能量和物质交换的重要地球物理变量,对调节全球气候系统能量循环起着不可或缺的作用。为探讨美国国家大气研究中心(The National Center for Atmospheric Research,NCAR)公共陆面模式(Community Land Model,CLM)对地表温度的模拟能力,利用1948—2004年美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)大气强迫场和NCAR陆面模式CLM3.0、CLM3.5、CLM4.0和CLM4.5对内蒙古地区1981—2004年的地表温度进行off-line模拟,并与观测地面温度资料进行对比。结果表明:NCAR/CLM系列陆面模式模拟地表温度都能较好地再现内蒙古地表温度的时空变化特征,与台站观测有着较好的一致性,其中CLM4.5在内蒙古地区模拟能力最好,与观测的相关系数最高、平均偏差和均方根误差都最小,这主要得益于CLM4.5对粗糙度计算的改进;不同版本CLM模拟地表温度普遍较观测数值偏低,在冬季各版本CLM模拟结果与观测值之间的平均偏差达到最小,在夏季的偏差增大,尤其是在东部地区,夏季偏差3℃以上,说明对最高地表温度的模拟能力东部和中部地区明显低于西部地区;西部地区各个版本差别并不如东部和中部地区明显,这与CLM4.0和CLM4.5改进了雪模式和水文过程有关。综上,CLM4.0和CLM4.5在内蒙古地区有较好的适用性,且模拟值均低于实测地表温度,冬季偏差较小,夏季偏差增大,东部地区偏差大于中部和西部地区。
文摘植被总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）决定进入陆地生态系统的初始物质和能量,是陆地碳循环与大气碳库的重要联系纽带.利用陆面过程模式CLM4-CN（Community Land Model version 4 with Carbon- Nitrogen interactions）模拟和分析中国区域1982～2004年GPP（CLM4_GPP）时空变化特征,并通过与基于观测数据升尺度所得到的MTE_GPP（Model Tree Ensemble,MTE）进行比较,评估CLM4在中国区域GPP的模拟能力,同时探讨了不同土地覆盖资料对GPP的影响.结果表明：（1）CLM4-CN能够较好地刻画中国区域GPP空间分布格局,表现为由东南向西北递减,但在量值上大部分区域尤其是30°N以南地区存在高估,CLM4-CN模拟的GPP多年平均值为13.7 PgC a^-1,而MTE_GPP仅为6.9 PgC a^-1;（2）CLM4-CN可以合理模拟GPP的季节变化（与MTE_GPP相关系数大于0.9）,在量值上对温带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶灌木、C3极地草地、C3非极地草地和农作物模拟较好（均方根偏差RMSD 〈 100 gC m^-2 month^-1）;（3）不同植物功能型CLM4_GPP表现出的年际变率均大于MTE_GPP,仅热带针叶常绿林、寒带阔叶落叶林和C3极地草地的CLM4_GPP与MTE_GPP变化趋势一致;（4）降水是研究时段内控制整个中国区域GPP的主要气候因子,但不同地区存在较大差异;（5）两种不同土地覆盖资料GPP模拟结果的显著差异表明,精确的土地覆盖是准确模拟GPP的重要基础.
