藏北高原高寒草甸关键地表特征参数的确定及其在陆面模式中的应用

This research will focus on some key land surface characteristic parameters in the steppe alpine over the northern Tibetan Plateau. Using reality analysis and remote sense retrieval, the surface characteristic parameters will be determined on the northern Tibetan Plateau. The parameters in old Noah LSM will be replaced and model output will be evaluated and accessed. Last dynamic and thermal roughness length parameterization scheme, turbulence coefficient and soil thermal conductivity parameterization will be adopted in this project, and assess simulated sensible and latent heat flux during three periods, pre-monsoon, monsoon season and post-monsoon on the northern Tibetan Plateau by using field observation. The main objective of this projection is to improve the simulate ability of the Noah LSM through adjusting the parameters and parameterization schemes over the northern Tibetan Plateau.

本研究拟以藏北高原高寒草甸几个关键地表特征参数作为主要研究对象，通过试验分析、卫星遥感相结合方法确定藏北高原地表特征参数值，然后调整陆面模式Noah LSM中相应参数，并利用最新的动力学和热力学粗糙度、湍流热交换系数和土壤热交换参数化方案，改进陆面模式Noah LSM中参数化方案，准确模拟藏北高原地表热通量（辐射、感热、潜热和土壤热通量）交换，以期为青藏高原陆面过程研究提供一定的模式支撑，深刻理解藏北高原气候环境变化，提高青藏高原地区天气、气候的预报水平。

青藏高原地面加热不仅影响其下游东亚地区的气候，而且影响全球气候变化。对于藏北高原面上感热和潜热的研究不足，尤其是模式模拟得到的感热和潜热与观测结果还存在较大的差异，造成对藏北高原气候环境变化的认识不足，不能准确地预报青藏高原天气、气候。.本项目开展了六次地表过程观测试验，在青藏高原那曲，林芝，珠峰三个站点和青藏高原东缘峨眉山地区进行了陆面过程观测试验，补充收集并整理了高原及其东缘地区湍流观测系统、大气边界层塔站和无线电探空的观测资料，并采集了高原3个站点的土壤样本，分析了各点土壤质地和组成，完善了高原及其东缘地区地气相互作用数据库，完善了藏北高原陆面过程参数和通量交换数据集。分析研究了局地动力学和热力学粗糙度变化特征，地表反照率变化特征。改进Noah-MP模式，在单点和区域上分别设置了敏感性试验，结合单点观测的感热、潜热等，验证了模式改进后的模拟精度。拓展研究了青藏高原陆气相互作用的时空变化规律及其成因分析，为揭示青藏高原天气气候变化提供一定的理论依据。获得的主要结果为：.应用卫星遥感反演研究了藏北高原地区地表粗糙度的时空变化特征，改进了陆面过程动力学粗糙度和热力学粗糙度参数化方案，改进使模式后感热通量的模拟值都更加接近实际值。潜热通量的改进变化并不明显，模拟结果有2W/m2的改进。另外，利用BJ站的地面观测数据和MODIS卫星遥感数据，对单站的地表反照率时间变化特征进行了分析和比较。并利用Noah-MP陆面模式模拟，结果显示改进地表反照率对能量收支平衡的模拟结果有一定的提高。.利用藏东南大峡谷入口处、中端、末端不同高度、典型下垫面四个观测站点的辐射、湍流观测资料和气象观测资料，分析了大峡谷内地表能量交换基本特征。.基于站点观测数据和再分析数据，计算并分析雨季时青藏高原典型下垫面的局地地气耦合特征。.建立了一套高时间分辨率青藏高原地-气相互作用综合观测数据集并已公开发布。