青藏高原浅薄积雪与融雪过程及其参数化研究

The Tibetan snow is quite shallow and patchy. State-of-the-art high resolution reanalysis datasets tend to overestimate the Tibetan snow depth or snow cover fraction. Large bias stems not only from the overmuch snowfall, but from the deficiency in describing shallow snow accumulation/melting mechanism. Land surface models usually set a fixed new snow albedo, apply a globally uniform parameter to build the snow cover fraction – snow depth relationship, and ignore the blown snow sublimation. This project intends to analyze the Tibetan shallow snow accumulation\melting mechanism based on station observation and satellite datasets, and aims at (1) building a new snow albedo scheme which includes the impact of the bare ground albedo and the snow depth on new snow albedo to replace the new snow albedo parameter set by the current land surface models; (2) building a distributed snow cover fraction – snow depth scheme, which describes the inhomogeneity due to the complex topography and the strong wind; (3) coupling the new snow albedo scheme, the distributed snow cover fraction – snow depth scheme, and a blown snow sublimation scheme developed by Gordon M. et al. in 2006 with Noah-MP, examining the improvement of Tibetan shallow snow simulation with the new schemes. This project will not only help to improve the understanding of Tibetan shallow snow accumulation/ melting mechanism, but contribute to improve the simulation accuracy of the Tibetan atmosphere and hydrology by the current land surface models or climate models.

青藏高原积雪浅薄，但当前全球高分辨率再分析产品的积雪厚度或积雪覆盖率在青藏高原被严重高估，可能的原因除了降雪偏多外，还包括对浅薄积雪物理过程认识不足。现有模式普遍设置固定的新雪反照率，采用单一的积雪覆盖率-雪深关系，而且普遍忽略风吹雪升华过程。本项目拟基于台站和遥感观测分析青藏高原积融雪过程，（1）考虑下垫面反照率和雪深对新雪反照率的影响，构建新雪反照率参数化方案，以取代现有模式普遍设置的新雪反照率参数；（2）描述由复杂地形和风速造成的青藏高原空间非均一性，构建分布式的积雪覆盖率-雪深关系参数化方案；（3）在陆面过程模式Noah-MP中耦合新构建的方案，以及Gordon et al.（2006）风吹雪升华参数化方案，分析新参数化方案对青藏高原积雪模拟的改进。本项目的研究不仅可以揭示青藏高原浅薄积雪积融的物理机制，而且有助于提高陆面模式和气候模式对青藏高原大气水文模拟的精度。

本项目针对青藏高原薄雪开展了一系列模拟分析，研究发现，青藏高原海拔高，纬度低，冬季太阳辐射很强，但降水量偏少，形成的薄雪具有半透光的性质，因此新雪的反照率比陆面模式中普遍设置的0.8偏低，修正了的新雪反照率参数化方案能够极大的减少陆面模式中存在的对青藏高原积雪模拟过多的问题。..本项目在研究过程中注意到虽然修正的新雪反照率参数化方案能够减少陆面模式中积雪的累积，但模拟的雪深与站点观测的雪深曲线仍有一定差别。考虑到积雪辐射传输的复杂性，本项目在陆面模式中引入了积雪辐射传输模型SNICAR，并评估选用不同的反照率方案对青藏高原积雪的模拟效果。项目另一方面从二向流传输方案入手推导积雪在宽波段的等效光学参数，提高其准确性。本项目进一步从经验矫正单点能量平衡入手改进NoahMP耦合SNICAR时的模拟效果。..陆面模式中，在区域模拟时需要考虑积雪在复杂地形分布不均匀性。而在本项目中，所有的研究都是基于单点模拟，因此尚未考虑对积雪覆盖度的参数化方案做深入研究。另外，还有一些研究提出风吹雪升华方案对模拟结果会产生显著影响，但本项目将风吹雪的升华方案引入陆面模式中，未发现其对积雪模拟产生明显作用。..本项目在实施过程中发现，获取高质量的积雪观测数据殊为不易。一方面，测量的冬季降水误差太大；另一方面，台站只观测雪深，鲜少有积雪密度数据。本项目因此与中国气象局的气候基准站合作，在新疆阿勒泰站、黑龙江通河站、河北张北县气象局、山东威海气象局、辽宁省盖州站开展了积雪联合观测。除每日的气象数据外，重点观测收集四分量辐射数据；重点观测积雪分层的颗粒大小、形状数据，积雪分层的密度和硬度数据，以及整层积雪的雪水当量和雪压等数据。相关的观测数据正在整理成文章，非常感谢观测员的辛劳付出！