青藏高原陆面过程参数化及其应用

本书详细介绍青藏高原陆面过程参数化研究系列成果。在分析青藏高原陆面过程对气候变化响应的基础上，重点介绍陆面过程模式中冻融过程、砾石和积雪反照率参数化方案的改进，并对参数化方案进行综合集成，揭示冻融过程、积雪、高原湖泊变化对区域气候的反馈，以及高原夏季土壤湿度变化对午后降水的影响及其机理。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 青藏高原陆面过程研究的重要性 1
1.2 青藏高原陆面过程研究现状 2
1.2.1 野外观测研究现状 2
1.2.2 陆面过程模式研究现状 6
1.2.3 卫星遥感研究现状 9
参考文献 10
第2章 资料、模式和方法 16
2.1 资料 16
2.1.1 站点数据 16
2.1.2 格点数据 22
2.2 模式 28
2.2.1 通用陆面过程模式（CLM） 28
2.2.2 公共陆面模式（CoLM） 29
2.2.3 一维大气边界层模型 29
2.2.4 区域气候模式（RegCM） 31
2.2.5 WRF式 32
2.2.6 BCC_CSM 家气候中心气候系统模式 33
2.3 方法 33
2.3.1 修正的Mann-Kendall趋势检验法 33
2.3.2 Sen’s 率估计法 35
2.3.3 多元一次回归模型 36
2.3.4 陆表蒸发估算方法 36
2.3.5 模式检验方法 38
参考文献 39
第3章 青藏高原陆面过程对区域气候的响应 43
3.1 青藏高原区域气候变化特征 44
3.1.1 气象因子气候态的空间分布 44
3.1.2 气象因子趋势的空间分布 46
3.2 青藏高原土壤温度变化特征分析 49
3.2.1 青藏高原各层地温的年、季、月变化趋势分析 49
3.2.2 青藏高原各层地温与近地层气温之间的关系 55
3.3 青藏高原土壤湿度对气候变化的响应 57
3.3.1 土壤湿度与降水一致性评估 58
3.3.2 土壤湿度与降水的气候态和趋势 59
3.3.3 土壤湿度对气候变暖的响应 61
3.4 植被对气候变化的响应 63
3.4.1 青藏高原植被变化特征分析 64
3.4.2 青藏高原植被类型潜在演变特征 68
3.4.3 青藏高原植被变化特征对气候变化的响应 70
参考文献 74
第4章 冻融过程参数化方案改进 77
4.1 基于NCAR LSM的冻融过程参数化方案发展与检验 77
4.1.1 原始NCAR LSM模式参数化方案介绍 79
4.1.2 冻融过程参数化方案的建立 81
4.1.3 冻融过程参数化方案的检验 84
4.1.4 小结 89
4.2 基于CoLM 的冻融过程参数化方案的建立及效果检验 90
4.2.1 青藏高原冻土环境下土壤监测 90
4.2.2 基于CoLM的土壤冻融过程参数化方案的建立 103
4.2.3 新的导热率参数化方案效果检验 108
4.2.4 冻融过程参数化方案的效果检验 112
4.2.5 小结 127
参考文献 128
第5章 青藏高原砾石参数化方案及其在BCC_CSM 的应用 131
5.1 BCC_CSM 砾石参数化方案 131
5.1.1 砾石对土壤水热性质的影响 131
5.1.2 BCC_CSM原模式土壤水热参数化方案介绍 133
5.1.3 BCC_CSM模式土壤砾石参数化方案发展 135
5.2 砾石参数化方案在陆面模式BCC_AVIM中的模拟试验 135
5.2.1 BCC 模式含砾石变量土壤数据集的建立 135
5.2.2 不同砾石含量对土壤温湿度的影响 139
5.2.3 耦合砾石参数化的BCC_AVIM对中国区域土壤温湿度的模拟评估 142
5.2.4 小结 144
5.3 耦合砾石参数化的BCC_CSM 在青藏高原地区的模拟试验 144
5.3.1 新方案对青藏高原土壤温度的模拟检验 144
5.3.2 新方案对青藏高原土壤湿度的模拟检验 146
5.3.3 新方案对青藏高原地表气温的模拟检验 148
5.3.4 新方案对青藏高原地表降水的模拟检验 151
5.3.5 小结 153
参考文献 154
第6章 青藏高原积雪观测与积雪反照率模拟改进 156
6.1 青藏高原积雪观测 157
6.1.1 积雪的变化 157
6.1.2 空气和雪的温度 158
6.1.3 积雪的能量估算 158
6.1.4 积雪有效导热系数 160
6.2 MODIS积雪反照率在模式中的应用 162
6.2.1 模型设置 162
6.2.2 MODIS和WRF模式中反照率的比较 163
6.2.3 2 米气温模拟结果的比较 164
6.2.4 净辐射模拟结果比较 164
6.2.5 默认设置模式中地表反照率高估的原因 166
6.3 小结 167
参考文献 168
第7章 FLake湖泊模式在青藏高原的适用性评估及改进 170
7.1 原模式评估及参数敏感性试验 171
7.1.1 原模式评估 172
7.1.2 消光系数敏感性实验 172
7.1.3 摩擦速度敏感性实验 175
7.1.4 湖冰反照率敏感性实验 177
7.2 模式改进 178
7.2.1 主要参数修正 178
7.2.2 盐度参数化方案 180
7.3 小结 181
参考文献 182
第8章 青藏高原陆面过程参数化方案综合集成 185
8.1 模式参数化方案介绍 186
8.1.1 干燥表面层参数化方案 186
8.1.2 新雪密度参数化方案 187
8.1.3 Balland和Arp参数化方案 187
8.1.4 虚温参数化方案 188
8.1.5 动态植被模型参数化方案介绍 189
8.2 CLM4.5和CLM5.0中土壤水热传输过程的比较 190
8.2.1 单点模拟结果 191
8.2.2 区域模拟结果 195
8.2.3 两个版本通用陆面模式土壤水热传输过程的区别 198
8.2.4 土壤质地数据和大气驱动数据对土壤水热传输模拟的影响 200
8.3 土壤水热传输参数化方案的改进 202
8.3.1 土壤湿度模拟结果分析 203
8.3.2 土壤温度模拟结果分析 208
8.3.3 模拟结果综合评估 213
8.4 青藏高原生态系统生产力评估与改进 215
8.4.1 生态系统生产力评估与改进 215
8.4.2 CLM5.0-SP和CLM5.0-DGVM土壤水热传输过程模拟对比 220
8.4.3 动态植被模型与遥感反演的青藏高原植被时空分布特征 224
8.5 小结 227
参考文献 229
第9章 青藏高原冻土冻融特征未来预估及区域气候效应 231
9.1 近55 年青藏高原季节性冻土冻融特征 231
9.1.1 最大冻结深度的空间分布及变化特征 233
9.1.2 冻融期的空间分布和变化特征 236
9.1.3 冻结开始日和融化结束日的空间分布及变化特征 237
9.1.4 季节性冻土与气象要素的时间变化特征 238
9.1.5 冻融特征的经验公式的发展与验证 239
9.1.6 区域尺度的冻融特征及变化趋势 242
9.2 未来时期青藏高原季节性冻土冻融特征预估研究 246
9.2.1 最大冻结深度的未来预估 247
9.2.2 冻融期的未来预估 250
9.3 青藏高原冻融过程的区域气候效应 253
9.3.1 区域模式中陆面参数化改进对主要土壤物理量模拟的影响 253
9.3.2 冻结增强及减弱过程对区域气候的影响 255
9.4 小结 263
参考文献 265
第10章 青藏高原积雪对陆面水热输送的影响 268
10.1 研究资料与方法 268
10.1.1 研究区简介 268
10.1.2 研究资料 270
10.1.3 积雪阶段 270
10.1.4 积雪深度 271
10.1.5 土壤热通量 271
10.1.6 区域划分 271
10.2 青藏高原积雪时空特征分析 272
10.2.1 青藏高原积雪时空分布特征 272
10.2.2 青藏高原不同区域积雪时空分布特征 278
10.3 青藏高原积雪年际变化对水热输送的影响 281
10.3.1 积雪年际变化对地表热状况的影响 281
10.3.2 积雪年际变化对土壤含水量的影响 285
10.3.3 积雪年际变化对地表能量通量的影响 289
10.4 青藏高原多雪年、少雪年水热输送的对比分析 294
10.4.1 多雪年、少雪年地表热状况的对比分析 294
10.4.2 多雪年、少雪年土壤水含量的对比分析 296
10.4.3 多雪年、少雪年地表能量通量的对比分析 299
10.4.4 积雪过程对地表水热参量的影响 299
10.5 小结 306
参考文献 307
第11章 青藏高原植被变化的区域气候效应 309
11.1 试验设置 309
11.2 理想情况下高原植被变化的影响 311
11.2.1 试验模拟性能的评估 311
11.2.2 高原植被变化对高原大气的影响 313
11.2.3 高原植被变化对区域气候的影响 316
11.3 半理想情况下高原植被变化的影响 319
11.3.1 试验模拟性能的评估 319
11.3.2 高原植被变化对高原大气的影响 320
11.3.3 高原植被变化对区域气候的影响 321
11.4 小结 323
参考文献 323
第12章 青藏高原湖泊变化的区域气候效应 325
12.1 夏季青藏高原湖泊群对高原能量收支及大气环流的影响 326
12.1.1 数据、模式及实验设计 326
12.1.2 控制实验结果验证 328
12.1.3 青藏高原湖泊群对地表热力特征的影响 330
12.1.4 青藏高原湖泊群对区域大气环流的影响 332
12.2 夏季高原湖泊群对冰川的潜在影响 332
12.2.1 数据、模式及实验设计 332
12.2.2 WRF 模拟结果验证 333
12.2.3 高原湖泊群对气温和湿度的影响 337
12.2.4 湖泊引起的冰川上的积雪变化 337
12.2.5 不同区域的机制 339
12.3 小结 345
参考文献 347
第13章 青藏高原土壤湿度变化对午后对流降水的影响 351
13.1 数据、模式及实验设计 351
13.1.1 数据介绍 351
13.1.2 WRF 模式参数化方案 352
13.2 青藏高原土壤湿度对夏季对流降水影响的机理研究 353
13.2.1 对流触发潜能–低层大气湿度指数概念框架介绍 353
13.2.2 低层大气湿度指数 355
13.2.3 对流触发潜能–低层大气湿度指数框架 355
13.2.4 阈值确定和机理研究 356
13.3 青藏高原土壤湿度变化对夏季对流降水的影响模拟研究 358
13.3.1 试验设计 358
13.3.2 正常降水年份土壤湿度影响对流降水触发的模拟结果分析 359
13.3.3 降水偏多年份模拟结果分析 369
13.3.4 CTP-HIlow 框架研究 374
13.4 小结 375
参考文献 375
第14章 青藏高原地表能量变化对高原低涡和大气边界层的影响 378
14.1 资料及方法 379
14.1.1 资料介绍 379
14.1.2 方法介绍 379
14.2 高原低涡的统计特征 380
14.3 青藏高原地表能量的变化特征 383
14.4 地表能量对高原低涡生成的影响 386
14.5 青藏高原地表能量平衡及其对大气边界层的影响 393
14.5.1 资料和方法 .. 393
14.5.2 高原夏季大气边界层高度和地表能量输送的分布及变化特征 394
14.5.3 高原夏季地表能量输送对大气边界层高度的影响及影响机制 397
14.6 小结 408
参考文献 409