青藏高原暖季土壤湿度的气候特征分析

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本文利用第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-III)2015-2016年土壤湿度自动站观测资料和我国自动雨量站逐小时降水资料分析了青藏高原土壤湿度的时空变化特征和夏季土壤湿度的动力学特征,并结合地面气象站逐日土壤温度资料,评估了多套青藏高原暖季(4-10月)土壤湿度产品(ERA5、ERA-Interim、MERRA-2、CFSv2和NOAH2.1)。主要结论如下:(1)青藏高原土壤湿度西部偏干,东部偏湿,高原西部年平均土壤湿度在0.03~0.088)~3/8)~3范围内,而高原东部的集中在0.07~0.218)~3/8)~3。高原东部的土壤湿度是高原西部的2倍多,高原东部土壤湿度的标准差也大于高原西部的标准差。受气候因素(降水、辐射等)和地理因素(河流、地形、土质等)影响,在高原东部,土壤湿度分布较复杂,在湿润的空间分布中出现个别土壤湿度小的站点。青藏高原不同地区的土壤湿度月变化特征不同,但是都显著受到降水的影响。(2)青藏高原夏季土壤湿度的动力学特征在高原东部和高原西部明显不同。土壤中储存的降水比例随着时间呈指数形式下降,且高原西部干旱区土壤中储存降水的比例始终高于高原东部湿润区的。降水后土壤湿度恢复正常的时间(土壤湿度的持续性)随着土壤深度的增加而增加,在0-10cm土壤层,青藏高原西部干旱区土壤湿度的持续性(7.90天)低于高原东部湿润区(11.23天)的,但是在20-30cm土壤层,高原西部干旱区土壤湿度的持续性(23.45天)高于高原东部湿润区的(19.88天)。(3)ERA5、ERA-Interim、MERRA-2、CFSv2和NOAH2.1资料都能反映高原西部干、东部湿的特点。在青藏高原西部,观测资料与和土壤湿度模式产品的相关性高于高原东部;在消除月变化影响后,土壤湿度相关性在高原东部高于高原西部,这可能是由于高原西部土壤湿度受降水、土壤温度等月变化因素影响较大,使得高原西部的土壤湿度时间变化序列更容易被模式刻画。ERA5的相关性最好,尤其是在高原西部,大多数站点的相关系数达到0.8以上,但是ERA5的无偏均方根误差较大;ERA-Interim的无偏均方根误差最小,但是相关性落后于ERA5;此外,这五套模式产品都明显地高估了土壤湿度,这可能与这五套模式产品的降水偏高和土壤温度偏低有关。(4)在高原西部,ERA5和CFSv2土壤中储存降水的比例大于观测资料的,ERA-Interim土壤中储存降水的比例小于观测资料的。在高原东部,观测资料土壤中储存的降水比例大于ERA5、ERA-Interim、MERRA-2、CFSv2和NOAH2.1的。ERA-Interim土壤湿度的持续性小于观测资料的,MERRA-2和NOAH2.1土壤湿度的持续性高于观测资料的,ERA5低估了高原西部土壤湿度的持续性,CFSV2土壤湿度的持续性与观测资料较为接近。
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