地表反照率是影响地–气相互作用的关键因子,而准确描述地表反照率是改进陆面模型水热模拟能力的关键。当前Noah-MP (the Noah land surface model with Multiple Parameterizations)土壤反照率估算主要依赖于查找表方法,该方法基于土...地表反照率是影响地–气相互作用的关键因子,而准确描述地表反照率是改进陆面模型水热模拟能力的关键。当前Noah-MP (the Noah land surface model with Multiple Parameterizations)土壤反照率估算主要依赖于查找表方法,该方法基于土壤颜色获得不同土壤类型的反照率,但在区域尺度上土壤颜色等级尚未得到有效率定,直接影响了区域反照率模拟水平。此外,裸土反照率的计算还高度依赖于土壤水分。针对这一问题,以同化得到的土壤水分数据作为输入,计算得到不同土壤颜色等级对应的反照率时间序列。在此基础上,以MODIS反照率为参照,同时排除高植被覆盖和积雪的影响,逐步筛选得到青藏高原区域0.25°格点尺度下最优的土壤颜色等级。评估结果表明,优化得到的土壤颜色等级空间分布规律符合土壤质地与反照率之间的物理规律,且改进了研究区域70%空间网格内的Noah-MP模型反照率估计。展开更多
陆面模式Noah-MP(Noah land surface model with Multi-Parameterizations)为陆面物理过程提供了大量复杂的参数化方案,往往受限于计算量和计算能力,使得利用全组合方案实验,来确定适用的参数化方案难以实现,从而给模式模拟带来不确定...陆面模式Noah-MP(Noah land surface model with Multi-Parameterizations)为陆面物理过程提供了大量复杂的参数化方案,往往受限于计算量和计算能力,使得利用全组合方案实验,来确定适用的参数化方案难以实现,从而给模式模拟带来不确定性。为科学减少实验次数,本文引入正交试验法,选择了影响地表温度模拟较大的5个主要过程,包括动态植被、气孔阻抗过程、控制气孔阻抗的土壤湿度参数过程和表面热交换系数过程以及辐射传输过程等,设计了9次正交试验,利用CLDAS-V2.0(中国气象局陆面数据同化系统)驱动Noah-MP陆面模式对我国东南地区地表温度进行模拟,对参数化方案寻优,以确定其适用的参数化方案组合。结果表明,参数化方案的选择对林地区域的模拟,以及在7月和8月的模拟影响较大。物理过程的敏感性和最优参数化方案同时受到下垫面和季节的影响,多数情况中,动态植被与冠层气孔阻抗过程对模拟影响显著,是较敏感的物理过程。通过对不同下垫面不同季节的最优参数化方案组合的时空尺度分析,经模拟验证,东南地区地表温度模拟的较优方案组合为开启动态植被,Ball-Berry的冠层气孔阻抗方案,Noah的土壤湿度参数方案,M-O的地表热交换系数方案和GAPFVEG的辐射传输方案。展开更多
通过中亚费尔干纳盆地2007~2011年气候的模拟试验,揭示了新增农田灌溉过程与更新土壤参数对WRF(Weather Research and Forecasting)/Noah模式模拟精度的提升作用。通过对比标准版本与嵌入灌溉过程参数化方案后的WRF/Noah模式的模拟结果...通过中亚费尔干纳盆地2007~2011年气候的模拟试验,揭示了新增农田灌溉过程与更新土壤参数对WRF(Weather Research and Forecasting)/Noah模式模拟精度的提升作用。通过对比标准版本与嵌入灌溉过程参数化方案后的WRF/Noah模式的模拟结果,研究发现农业灌溉提升了土壤含水量,导致地表蒸发增强,潜热增加,感热减少,致使近地层大气降温、增湿,这一效应降低了WRF/Noah模拟的暖、干偏差,模拟2 m气温和大气比湿均方根误差分别由6.52℃降低至5.81℃,由1.66 g/kg降低至1.13 g/kg。进而针对WRF默认配置的费尔干纳盆地内土壤数据精度欠佳的问题,再利用国际土壤参比与信息中心(ISRIC)数据(主要是粉砂粘壤土和粉砂壤土)替换了WRF默认的数据(主要是粘土和壤土),降低了土壤凋萎系数,使得有效土壤水增多,缩小了灌溉需水量的模拟误差,并使得蒸散发进一步增强,潜热增多,感热减少,导致近地层降温、增湿,进一步降低了WRF/Noah模拟的暖、干偏差,模拟温度、湿度的均方根误差分别由5.81℃降低至5.46℃,由1.13 g/kg降低至1.08 g/kg。上述结果表明:充分农业灌溉对陆面过程产生影响,以及采用高精度的土壤数据能够显著提高WRF/Noah模式在中亚费尔干纳盆地的模拟精度。展开更多
We evaluate water budget components-namely,soil moisture,runoff,evapotranspiration,and terrestrial water storage (TWS)-simulated by the Noah land surface model with multi-parameterization options (Noah-MP) in China,a ...We evaluate water budget components-namely,soil moisture,runoff,evapotranspiration,and terrestrial water storage (TWS)-simulated by the Noah land surface model with multi-parameterization options (Noah-MP) in China,a large geographic domain challenging for hydrological modeling due to poor observational data and a lack of one single parameterization that can fit for complex hydrological processes.By comparing the model simulations with multi-source reference data,we show that Noah-MP can generally reproduce the overall spatiotemporal patterns of runoff and evapotranspiration over six major river basins,with the annual correlation coefficients generally greater than 0.8 and the Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient exceeding 0.5.Among the six basins evaluated,the best model performance is seen over the Huaihe River basin.The temporal trend of the modeled TWS anomalies agrees well with GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) observations,capturing major flood and drought events in different basins.Experiments with 12 selected physical parameterization options show that the runoff parameterization has a stronger impact on the simulated soil moisture-runoff-evapotranspiration relationships than the soil moisture factor for stomatal resistance schemes,a result consistent with previous studies.Overall,Noah-MP driven by GLDAS forcing simulates the hydrological variables well,except for the Songliao basin in northeastern China,likely because this is a transitional region with extensive freeze-thaw activity,while representations of human activities may also help improve the model performance.展开更多
文摘地表反照率是影响地–气相互作用的关键因子,而准确描述地表反照率是改进陆面模型水热模拟能力的关键。当前Noah-MP (the Noah land surface model with Multiple Parameterizations)土壤反照率估算主要依赖于查找表方法,该方法基于土壤颜色获得不同土壤类型的反照率,但在区域尺度上土壤颜色等级尚未得到有效率定,直接影响了区域反照率模拟水平。此外,裸土反照率的计算还高度依赖于土壤水分。针对这一问题,以同化得到的土壤水分数据作为输入,计算得到不同土壤颜色等级对应的反照率时间序列。在此基础上,以MODIS反照率为参照,同时排除高植被覆盖和积雪的影响,逐步筛选得到青藏高原区域0.25°格点尺度下最优的土壤颜色等级。评估结果表明,优化得到的土壤颜色等级空间分布规律符合土壤质地与反照率之间的物理规律,且改进了研究区域70%空间网格内的Noah-MP模型反照率估计。
文摘陆面模式Noah-MP(Noah land surface model with Multi-Parameterizations)为陆面物理过程提供了大量复杂的参数化方案,往往受限于计算量和计算能力,使得利用全组合方案实验,来确定适用的参数化方案难以实现,从而给模式模拟带来不确定性。为科学减少实验次数,本文引入正交试验法,选择了影响地表温度模拟较大的5个主要过程,包括动态植被、气孔阻抗过程、控制气孔阻抗的土壤湿度参数过程和表面热交换系数过程以及辐射传输过程等,设计了9次正交试验,利用CLDAS-V2.0(中国气象局陆面数据同化系统)驱动Noah-MP陆面模式对我国东南地区地表温度进行模拟,对参数化方案寻优,以确定其适用的参数化方案组合。结果表明,参数化方案的选择对林地区域的模拟,以及在7月和8月的模拟影响较大。物理过程的敏感性和最优参数化方案同时受到下垫面和季节的影响,多数情况中,动态植被与冠层气孔阻抗过程对模拟影响显著,是较敏感的物理过程。通过对不同下垫面不同季节的最优参数化方案组合的时空尺度分析,经模拟验证,东南地区地表温度模拟的较优方案组合为开启动态植被,Ball-Berry的冠层气孔阻抗方案,Noah的土壤湿度参数方案,M-O的地表热交换系数方案和GAPFVEG的辐射传输方案。
文摘通过中亚费尔干纳盆地2007~2011年气候的模拟试验,揭示了新增农田灌溉过程与更新土壤参数对WRF(Weather Research and Forecasting)/Noah模式模拟精度的提升作用。通过对比标准版本与嵌入灌溉过程参数化方案后的WRF/Noah模式的模拟结果,研究发现农业灌溉提升了土壤含水量,导致地表蒸发增强,潜热增加,感热减少,致使近地层大气降温、增湿,这一效应降低了WRF/Noah模拟的暖、干偏差,模拟2 m气温和大气比湿均方根误差分别由6.52℃降低至5.81℃,由1.66 g/kg降低至1.13 g/kg。进而针对WRF默认配置的费尔干纳盆地内土壤数据精度欠佳的问题,再利用国际土壤参比与信息中心(ISRIC)数据(主要是粉砂粘壤土和粉砂壤土)替换了WRF默认的数据(主要是粘土和壤土),降低了土壤凋萎系数,使得有效土壤水增多,缩小了灌溉需水量的模拟误差,并使得蒸散发进一步增强,潜热增多,感热减少,导致近地层降温、增湿,进一步降低了WRF/Noah模拟的暖、干偏差,模拟温度、湿度的均方根误差分别由5.81℃降低至5.46℃,由1.13 g/kg降低至1.08 g/kg。上述结果表明:充分农业灌溉对陆面过程产生影响,以及采用高精度的土壤数据能够显著提高WRF/Noah模式在中亚费尔干纳盆地的模拟精度。
基金supported by the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2018YFA0606004)the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 91337217 and 41375088)
文摘We evaluate water budget components-namely,soil moisture,runoff,evapotranspiration,and terrestrial water storage (TWS)-simulated by the Noah land surface model with multi-parameterization options (Noah-MP) in China,a large geographic domain challenging for hydrological modeling due to poor observational data and a lack of one single parameterization that can fit for complex hydrological processes.By comparing the model simulations with multi-source reference data,we show that Noah-MP can generally reproduce the overall spatiotemporal patterns of runoff and evapotranspiration over six major river basins,with the annual correlation coefficients generally greater than 0.8 and the Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient exceeding 0.5.Among the six basins evaluated,the best model performance is seen over the Huaihe River basin.The temporal trend of the modeled TWS anomalies agrees well with GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) observations,capturing major flood and drought events in different basins.Experiments with 12 selected physical parameterization options show that the runoff parameterization has a stronger impact on the simulated soil moisture-runoff-evapotranspiration relationships than the soil moisture factor for stomatal resistance schemes,a result consistent with previous studies.Overall,Noah-MP driven by GLDAS forcing simulates the hydrological variables well,except for the Songliao basin in northeastern China,likely because this is a transitional region with extensive freeze-thaw activity,while representations of human activities may also help improve the model performance.
