对NCAR CLM3.0(Community Land Model)的冻土过程参数化进行了改进。根据平衡态的热力学关系和考虑含冰量的土壤基质势的经验公式定义了冰点下的最大液态水含量,超过最大液态水含量的部分冻结为冰,并在水导率的计算中加入了冰的阻挡作用。利用青藏高原改则站2003年4月1日至2004年12月31日的观测资料进行了单点模拟试验,模拟结果表明,原模式对辐射通量模拟比较准确,但低估了冬季冻结期的液态水含量,高估了冰含量,土壤温度也因此出现偏差,改进冻土参数化后对液态水和冰的模拟明显改善,土壤温度模拟也更接近实测,部分改进了模式对土壤水热过程的模拟能力。
将最新发展的冻土过程参数化方案与NCAR公用气候模式CCM3.6相耦合,考察了冻土过程在气候模式中的效应。模拟结果指出,模式能够较好地模拟出北半球中高纬度和高原地区的多年冻土分布,并且对中高纬地区地面温度及高层大气温度和水汽场的模拟均有较大的改进,同时也为研究气候与冻土相互作用提供了有效的工具。
在NCAR/LSM的基础上,发展了一个简单的冻土过程参数化力案,并使用苏联 6个站的水文气象观测资料考察了耦合了新方案模式的气候效应。在新方案中,加入了对含冰量的求解和在相变过程中的能量变化;并使用Johanson的方案替代了模式中原有的土壤导热率的参数化方案,考虑了含冰量对土壤水热性质的影响。原模式和改进后模式的模拟结果的比较得到,冻土过程方案能够合理的模拟土壤列中的能量收支及水热性质随含冰量的变化。随着入渗的减少和径流的增加,春季的土壤湿度减小。因此,热通量的分配和土壤温度也产生了相应的变化。
将发展的冻土过程参数化方案与耦合了NCARLSM陆面过程模式的中尺度大气模式MM5相耦合,对包括我国北方,蒙古国,东西伯利亚的高纬度地区进行了模拟.模拟时间选为北半球季节冻土生成的10月份.模拟结果表明,模式能够较好地模拟出该区域的冻土分布,并且对大气模式中海平面气压场、气温场的模拟改进显著.