高原气象

作者：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

单位：1. 成都信息工程大学大气科学学院 高原大气与环境四川省重点实验室，四川 成都 610225 ","2. 中国科学院西北生态环境资源研究院 中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃 兰州 730000 ","3. 中国科学院大学，北京 100049 ","4. 甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃 兰州 730070

关键词：CLM5.0陆面模式,不同作物下垫面,蒸渗仪,土壤温湿度,地表能量通量

基金：国家自然科学基金项目(41975014),甘肃省科技计划项目(20JR10RA070),中国科学院青年创新促进会项目(QCH2019004)

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。

来源：2023年第3期

《高原气象》期刊编辑部

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