1 引言
2 研究区域与观测资料
2.1 研究区域概况
图1 研究区域土壤类型分布图(a)、 采样点下垫面景观(b)、 观测站典型土壤剖面图(c)、 陆面观测站仪器(d)、 瞬态蒸发实验设备(e)、 冷镜基质吸力测量(f)和等温导水率测量(g)Fig.1 Soil type distribution map of the study area (a), landscape of the sampling sites (b), typical soil profile of the observation station (c), instruments at the land surface observation station (d), transient evaporation experimental apparatus (e), cooling mirror matric potential measurement (f), and isothermal conductivity measurement (g) |
2.2 陆面观测站资料介绍
表1 陆面过程观测仪器及相关观测变量Table 1 The land surface process observation instruments and associated observation variables |
| 仪器型号 | 观测变量 | 采样间隔/min | 观测高度(深度)/m |
|---|---|---|---|
| EC150 | 感热/潜热通量 | 30 | 2.0 |
| HMP155A | 空气温度/湿度 | 30 | 2.0 |
| SI-111 | 地表温度 | 15 | 0.8 |
| 5TM/EC-TM(ECH2O) | 土壤湿度 | 10 | 0.05、 0.20、 0.30 |
| CSI TB4MM | 降水 | 10 | 2.0 |
3 研究方法
3.1 WRF模型设置
表2 WRF模型物理参数化方案选取Table 2 Selection of physical parameterization schemes in the WRF model |
| 方案类别 | 选择 |
|---|---|
| Microphysics | Morrison 2-moment scheme (Morrison et al, 2009) |
| Cumulus Parameterization | Multi-Scale Kain-Fritsch cumulus scheme (Zheng et al, 2016) |
| Surface Layer | Revised MM5 Similarity Theory (Jimenez et al, 2012) |
| Land-Surface Model | NoahMP Land Surface Model (Niu et al, 2011; Yang et al, 2011) |
| Planetary Boundary Layer | Yonsei University planetary boundary layer physics (Hong et al, 2006) |
| Longwave radiation | Rapid Radiative Transfer Model Longwave radiation (Mlawer et al, 1997) |
| Shortwave radiation | MM5 Shortwave radiation (Dudhia et al, 1989) |
3.2 模型土壤水力学参数化方案
3.3 降水头法和称重法
3.4 瞬态蒸发实验和简化蒸发方法
3.5 WRF模型试验设计
3.6 对流触发与强度预测的分析方法
4 结果与分析
4.1 水力学参数有效性评估
表3 模型默认与SEM获取的水力参数Table 3 The hydraulic parameters of model default and SEM-obtained |
| /(m·s-1) | /(m3·s-3) | /(m3·s-3) | /m | ||
|---|---|---|---|---|---|
| DEF | 3.38×10-6 | 0.439 | 0.066 | 0.355 | 5.25 |
| SEM | 1.00×10-6 | 0.700 | 0.20 | 0.430 | 2.80 |
4.2 模型有效性验证
表4 不同地表变量的模型默认参数模拟值、 SEM获取参数模拟值与站点观测值的统计量Table 4 Statistical result of model default parameter simulations and SEM-obtained parameter simulations compared with site observations for different surface variable models |
| 统计量 | 模拟 | 潜热通量 | 感热通量 | 地表温度 | 2 m气温 | 2 m比湿 | 小时降水 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RMSE | DSHP | 57.48 W·m-2 | 48.57 W·m-2 | 6.70 ℃ | 2.44 ℃ | 9.7×10-4 kg·kg-1 | 0.33 mm |
| ISM1 | 37.81 W·m-2 | 39.59 W·m-2 | 3.97 ℃ | 1.69 ℃ | 9.1×10-4 kg·kg-1 | 0.34 mm | |
| r | DSHP | 0.73 | 0.5 | 0.72 | 0.87 | 0.71 | 0.47 |
| ISM1 | 0.87 | 0.68 | 0.90 | 0.92 | 0.74 | 0.45 |