高寒草原含根土壤水热性质参数化方案的建立

Grassland is the predominant surface type for Tibet Plateau. For the study on the influence of surface forcing on synoptic and climate, it is critical to properly descript the grassland water and heat transferring processes in land surface parameterization (LSP). In this proposal, we focus on the deficiency in the current LSP, and propose it should be considered grass root in the parameterization of water and heat transfer properties (e.g. porosity, water potential, water hydraulic, heat content and heat conductance). In this study, the real-time observation, field sampling and laboratory instrument analyses will be applied to calculate (measured) the relationship between water/heat properties and root content for various soil types over Tibet plateau. Additionally, we will establish the spatial distribution datasets of grass root over Tibet plateau scale through establish relationship between satellite datasets and biomass. The new parameterization scheme will be validated and applied over Tibet plateau.

高寒草原下垫面是青藏高原最主要的下垫面类型，准确刻画陆面过程方案中高寒草原下垫面地表水热输送过程，对于研究青藏高原地表水热强迫对天气气候的影响，至关重要。本项目申请针对当前陆面过程方案对高寒草原这一植被类型存在的不足，提出含根土壤的水热性质（孔隙度、土壤水势、导水率、热容量和导热率）参数化必须考虑含根量这一重要参数。在本研究中，将野外实时观测、外场采样、实验室分析等手段相结合，得到青藏高原不同机械组成土壤的水热性质与含根量的关系，形成含根土壤的水热性质参数化方案。此外，我们将通过建立卫星资料与地上生物量、地下生物量与地下生物量的统计关系，建立青藏高原的根系分布数据集，将参数化方案在高原尺度进行验证与应用。

在青藏高原的高寒草原生态系统中，地下生物量是土壤层的重要组成成分之一，它不仅影响蒸腾作用和碳循环，同时也影响着土壤层的水热性质，这一重要的物理过程在当前的陆面过程模式中并没有得到考虑。本项目的基本研究内容包括三方面：1、通过野外观测与样本采集、室内分析，建立不同类型土壤含根量与土壤水热性质之间的统计关系建立高寒草原下垫面不同类型含根系土壤水热传输性质的参数化方案；2、通过建立遥感植被信息、地表生物量与地下生物量的统计模型，形成青藏高原地下根系空间分布数据集，将参数化方案扩展到青藏高原面上；3、与陆面过程模式耦合，进行离线测试；与气候系统模式相耦合对模拟结果进行验证。项目经过三年的执行，主要的研究内容有：1、利用青藏高原多个站点的观测数据作为强迫场，对多个陆面过程模式在青藏高原的模拟性能行了检验；2、在青藏高原不同的气候区划选择典型下垫面，进行多层多点采样，对土壤的组成成分（机械组成、有机质和地下生物量）、水力学性质（孔隙度、导水率和土壤水分特征曲线）、热力学性质（热容量、导热率）进行了测定，并与现有的参数化方案进行了比较分析，对饱和导水率、孔隙分布指数、饱和水势等参数进行了重新计算和测定；3、利用遥感地上生物量数据和根冠比，生成了地下生物量空间分布数据集；4、将多种地下生物量的分层方案与吸水方案在模式中进行了敏感性模拟，确定了最适用于高寒草原的分层方案；5、在气候系统模式中，考察了根系的水文效应在气候模拟中的影响。