高原气象

目录 封面 第42卷 第3期 2023-06-28   

论文

  • 黄土高原不同作物下垫面陆气水热交换的模拟研究
  • 晋伟, 奥银焕, 文小航, 李照国, 孟宪红, 李江林, 赵刚, 邓明珊, 谢丽君, 陈自航
  • 2023 Vol. 42 (3): 671-686.  DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00078
  • 摘要 ( ) PDF (9915KB) ( )
  • 黄土高原农田种植结构的改变对陆面能量和水分交换、 区域蒸散发等产生影响, 不同作物下垫面复杂的水热耦合机制在黄土高原陆-气相互作用中起着重要作用。本文利用陇东黄土高原2019 -2021年共计34个月的观测数据, 结合耦合了作物模块的通用陆面模式(Community Land Model with BGC Biogeochemistry and prognostic crop, CLM5.0-BGCCROP)对黄土高原不同作物下垫面(冬小麦、 玉米、 苹果林地)的陆面特征进行离线单点模拟, 以验证CLM5.0陆面过程模式在黄土高原农田地区的模拟能力, 对比分析不同作物下垫面土壤温湿度和地表能量通量的差异。结果表明: (1)CLM5.0对土壤温湿度特征的模拟效果较好, 平均均方根误差分别小于2.5 ℃和0.1 m3·m-3, 小麦地土壤温度模拟值偏高, 玉米地和苹果林地土壤温度模拟存在冷偏差。生长期在旱期的冬小麦造成土壤干燥的程度大于玉米, 苹果林地因根系丰富, 吸收了更多的土壤水, 使土壤整体更加干燥。(2)模拟偏差一部分是由于在模式中将作物下垫面设置为单一作物类型(冬小麦、 玉米和苹果林地)时, 高估(低估)了(非)生长期作物的叶面积指数, 低估(高估)了地表反照率, 高估(低估)了净辐射通量, 更多(少)的能量转化为感热潜热。(3)另一部分偏差来自于农田不同的作物管理方式, 如实际上作物收割后并不完全翻耕为裸土, 模式高估了小麦地和玉米地收割后的土壤温度和土壤液态水含量; 模式中没有地膜覆盖选项, 导致玉米地土壤温度、 土壤液态水含量模拟偏低, 模拟平均偏差约-1.84 ℃和-0.058 m3·m-3。(4)冬小麦-玉米混合下垫面模拟试验能较好地模拟地表能量通量, 净辐射、 感热通量、 潜热通量的模拟平均偏差分别为-6.13 W·m-2、 11.46 W·m-2、 -1.97 W·m-2。在生长期内, 冠层蒸腾作用占主导, 随着作物叶面积指数的增加, 感热通量减少, 土壤温度降低, 潜热通量增加, 土壤液态水含量减少。