基于通用陸面模式（Common Land Model, CoLM）,首次評(píng)估了兩套最新的全球土壤數(shù)據(jù)集GSDE（Global Soil Dataset for Earth System Model）和SG（SoilGrids）對(duì)全球陸面過(guò)程模擬的影響。比較分析了兩套數(shù)據(jù)中砂粒、粘粒、礫石、有機(jī)碳的含量和容重這五個(gè)土壤屬性在全球分布上的差異以及這種差異造成的對(duì)模式估計(jì)的土壤特性參數(shù)、水力熱力變量的影響。結(jié)果表明,土壤特性參數(shù)在全球的空間分布主要受土壤粒徑分布（砂粒、粉粒和粘粒）影響,同時(shí)也受礫石、有機(jī)碳和容重的影響。土壤資料對(duì)全球模擬結(jié)果影響主要體現(xiàn)在區(qū)域差異,對(duì)水文學(xué)變量的影響（Re最大達(dá)到±100%）大于對(duì)土壤熱力學(xué)變量的影響（Re<±10%）,對(duì)地表輻射變量的影響較小（Re<±5%）。其中,土壤體積含水量在加拿大中部及西北部、俄羅斯東南部及中西部和澳大利亞中部地區(qū)模擬結(jié)果相差較大,總徑流在低緯地區(qū)模擬結(jié)果出現(xiàn)較大的差異,熱力學(xué)變量在非洲北部、加拿大西北部以及俄羅斯中北部的差異稍大。將模擬的土壤體積含水量與站點(diǎn)觀測(cè)相比,兩套數(shù)據(jù)的表現(xiàn)接近,與站點(diǎn)觀測(cè)相比都存在一定的偏差,... 

【文章來(lái)源】：氣候與環(huán)境研究. 2020,25(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：20 頁(yè)

【部分圖文】：

2001年1月至2010年12月網(wǎng)格點(diǎn)（0°，20°E）月平均的（a）土壤體積含水量和（b）地表溫度

表4是兩組試驗(yàn)結(jié)果中全球土壤水力、熱力和輻射變量的統(tǒng)計(jì)量。所有變量的全球平均值和標(biāo)準(zhǔn)差均相差不大。兩組試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性較高，除了土壤體積含水量為0.69以外，總徑流、感熱通量、潛熱通量和輻射變量結(jié)果的相關(guān)性達(dá)到了0.99。從全球平均和兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)量來(lái)看，對(duì)熱力學(xué)變量和輻射變量的差異很小。5.1 土壤水文學(xué)變量的模擬

圖5是基于GSDE的飽和土壤含水量和飽和導(dǎo)水率以及相對(duì)變化量Re的全球分布。土壤孔隙的大小由土壤顆粒大小以及土壤中有機(jī)質(zhì)含量共同決定，孔隙度隨著粒徑的增加而減小。如圖5a所示，孔隙度大部分是在0.2～0.3之間，GSDE在阿拉斯加、加拿大部分地區(qū)和俄羅斯西西伯利亞平原孔隙度較高達(dá)到0.7，這部分地區(qū)有機(jī)碳含量高，容重小，土壤疏松，導(dǎo)致孔隙度較高。兩組試驗(yàn)結(jié)果，大部分差值在0.1以內(nèi)，但相對(duì)變化量Re最高達(dá)到了±80%以上。Re值最小的地方主要對(duì)應(yīng)GSDE中有機(jī)質(zhì)比SG多的地方，例如阿拉斯加、加拿大及俄羅斯部分地區(qū)，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)含量多，土質(zhì)疏松，造成孔隙度比SG對(duì)應(yīng)的地區(qū)��；Re大值區(qū)主要對(duì)應(yīng)礫石含量SG較GSDE少的地方，因?yàn)榈[石是粒徑最大的粒子，它的含量越多會(huì)導(dǎo)致土壤的孔隙度越小。飽和導(dǎo)水率是土壤質(zhì)地、容重、孔隙分布特征的函數(shù)。砂粒粒子較粗，砂粒含量大，飽和含水量低。砂質(zhì)土壤的滲水能力強(qiáng)，即水力傳導(dǎo)率大。質(zhì)地越細(xì)，導(dǎo)水率越小。因此兩組試驗(yàn)的結(jié)果，飽和導(dǎo)水率分布與砂粒含量分布基本一致。飽和導(dǎo)水率由于受土壤質(zhì)地、容重、孔隙分布以及有機(jī)質(zhì)含量的影響，其空間變化較大，在圖5d中，Re超過(guò)了±100%，且空間上差異很大，說(shuō)明土壤屬性對(duì)它的影響非常大。圖6是基于GSDE的孔隙大小分布指數(shù)和飽和土壤基質(zhì)勢(shì)以及相對(duì)變化量Re的全球分布。兩組試驗(yàn)中，砂粒含量多的地方都表現(xiàn)出孔隙大小分布指數(shù)大。因?yàn)樯傲：慷嗲伊捷^粗，孔隙均勻，孔隙大小分布指數(shù)大，與砂粒含量分布基本一致�？紫洞笮》植贾笖�(shù)λ在函數(shù)關(guān)系中是在指數(shù)的位置，所以雖然Re值較小，大部分在±40%以內(nèi)，但是對(duì)土壤基質(zhì)勢(shì)的影響卻很大。土壤飽和時(shí)土壤水勢(shì)的絕對(duì)值小，而土壤含水量低時(shí)土壤水勢(shì)的絕對(duì)值大。為了測(cè)量方便，其單位是厘米長(zhǎng)度的量綱。土壤基質(zhì)勢(shì)在模式中的計(jì)算是與砂粒、粘粒含量直接相關(guān)的。如圖6b所示，基質(zhì)勢(shì)的分布也與砂粒含量分布基本一致，砂粒含量多的地方飽和土壤基質(zhì)勢(shì)值大。土壤水勢(shì)的絕對(duì)值隨土壤質(zhì)地變粗而減小，飽和基質(zhì)勢(shì)值大的地方對(duì)應(yīng)砂粒含量多是因?yàn)楫?dāng)砂粒含量多，飽和含水量少，土壤基模對(duì)水的吸附作用和孔隙對(duì)水的毛管作用之和而產(chǎn)生的對(duì)土壤的負(fù)壓力就小。飽和基質(zhì)勢(shì)值Re達(dá)到了±100%，和兩套數(shù)據(jù)砂粒的差值分布圖吻合，說(shuō)明土壤水勢(shì)受土壤質(zhì)地類型影響很大。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]地球系統(tǒng)模式CAS-ESM[J]. 周廣慶,張?jiān)迫?姜金榮,張賀,吳保東,曹杭,王天一,郝卉群,朱家文,袁良,張明華.  數(shù)據(jù)與計(jì)算發(fā)展前沿. 2020(01)
[2]通用陸面模式（CoLM）湖泊過(guò)程方案與性能評(píng)估[J]. 戴永久,魏楠,黃安寧,朱司光,上官微,袁華,張樹(shù)鵬,劉少鋒.  科學(xué)通報(bào). 2018(Z2)
[3]黃河源區(qū)土壤濕度時(shí)空分布的模擬研究[J]. 何媛,文軍,黃彥彬,張?zhí)锰?賴欣,康悅,余海.  高原氣象. 2017(01)
[4]GRAPESGFS全球中期預(yù)報(bào)系統(tǒng)的研發(fā)和業(yè)務(wù)化[J]. 沈?qū)W順,蘇勇,胡江林,王金成,孫健,薛紀(jì)善,韓威,張紅亮,陸慧娟,張華,陳起英,劉艷,劉奇俊,馬占山,金之雁,李興良,劉琨,趙濱,周斌,龔建東,陳德輝,王建捷.  應(yīng)用氣象學(xué)報(bào). 2017(01)
[5]土壤質(zhì)地對(duì)中國(guó)區(qū)域陸面過(guò)程模擬的影響[J]. 吳龍剛,王愛(ài)慧,盛炎平.  氣候與環(huán)境研究. 2014(05)
[6]The Construction of SCM in GRAPES and Its Applications in Two Field Experiment Simulations[J]. 楊軍麗,沈?qū)W順.  Advances in Atmospheric Sciences. 2011(03)
[7]IAP大氣-植被耦合模式的建立及其模擬[J]. 劉少鋒,林朝暉,蔣星,曾寧.  氣候與環(huán)境研究. 2009(03)
[8]通用陸面模式對(duì)土壤質(zhì)地和亮度的敏感性分析[J]. 梁曉,戴永久.  氣候與環(huán)境研究. 2008(05)
[9]通用陸面模式CLM在東亞不同典型下墊面的驗(yàn)證試驗(yàn)[J]. 劉少鋒,林朝暉.  氣候與環(huán)境研究. 2005(03)



本文編號(hào)：3374415