无雪条件下青藏高原典型下垫面反照率方案的构建

【作者】 王欢； 黄安宁； 顾春雷； 朱新胜； 文莉娟； 罗江鑫；

【机构】 南京大学大气科学学院； 中华人民共和国生态环境部南京环境科学研究所； 中国科学院西北生态环境资源研究院青海湖综合观测研究站；

【摘要】 青藏高原的热力作用对亚洲大气环流、季风和全球气候有着重要影响,而地表反照率直接控制着青藏高原上太阳辐射在地表与大气之间的分配,这对地表向大气的热量传输具有极其重要的影响。除积雪覆盖外,青藏高原上还广泛分布着裸地与高寒草地这两种下垫面类型。在本研究中,首先利用阿柔观测站(高寒草地)与阿里观测站(裸地)的辐射与气象观测数据,揭示了在无雪条件下影响裸地与高寒草地下垫面反照率的主要因子有太阳高度角、土壤冰含量、土壤水含量和近冠层地表空气相对湿度。通过综合考虑这些影响因子,分别构建了适合青藏高原裸地和高寒草地下垫面的新反照率方案。进一步将新开发的反照率方案引入CLM5陆面模式中,在阿柔与玛曲观测站(高寒草地)以及阿里与珠峰观测站(裸地)分别进行了单点模拟。结果表明,CLM5模式中的原始反照率方案明显低估了高寒草地与裸土下垫面反照率,并且无法重现裸地反照率的日变化规律(早晚偏高而中午偏低)。在CLM5模式中采用新的反照率方案不仅能够改善原始反照率方案对裸地和高山草地下垫面反照率的低估,裸地反照率的日变化趋势也能更好的重现。在这4个野外站点中,与原始反照率方案相比,新反照率方案模拟的反照率的均方根误差显著降低了约10%-60%。反照率模拟的改进进一步减少了原始反照率方案对净辐射的高估,从而提高了模式对地表与大气间感热交换的模拟精度,模式对地表温度与土壤温度模拟的暖偏差也随之减小,降幅约为0.2°C-1°C。利用CLM5模式在青藏高原进行区域模拟验证的结果进一步证实,在CLM5中采用新的反照率方案可以通过提高青藏高原的反照率模拟精度来明显改善地表净辐射模拟,从而主要减少原反照率方案对地表感热通量和地表温度的过高估计,使CLM5模式对青藏高原地表热状况的模拟性能得到增强。更多还原