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关于GCMs 下的SiB模型

已有 7364 次阅读 2011-4-12 15:39 |个人分类:专业学习|系统分类:科研笔记| 经典

Sellers, P. J.等 在1986年发表了首篇关于“GCMs 下的SiB模型”的经典文章,称为SiB1,即第一个版本。
10年后,又连续刊出了三篇有关改进的SiB2(第二版本)的文章。

近期准备通读一遍,先将三篇的摘要翻译记录在此,用以督促自我!也欢迎同行交流O(∩_∩)O~

1. A SIMPLE BIOSPHERE MODEL (SIB) FOR USE WITHIN GENERAL-CIRCULATION MODELS
在大气环流模式中使用的一个简单生物圈模型(SiB)

一个简单但实际可行的生物圈模型已被开发用于计算大气层和地球表面植被之间的能量、质量和动量。该模型是专为大气环流模型的使用设计的。每一个陆地网格面积模型的植被都由两个不同的层来表示,其中一方或双方可能在任何特定时间和地点存在或缺失。其中上层植被层代表常年种。每个植被层的本地覆盖可能是分数或整数,但个别的植被要素被认为是均匀分布的,它们的根系被假定为在整个网格区域均匀扩展。除了植被形态之外,植被层的物理和生理特性也被规定。这些性质决定(i)可见光、近红外和热辐射中的反射,透射,吸收和直接辐射与漫射辐射的波长间隔;(ii) 叶子对降雨的拦截和来自于叶表面的蒸发;(iii) 土壤中残留降雨的入渗,排水和储存;(iv) 光合有效辐射,土壤水势,特别是气孔运作控制了土壤水分通过植被-根-叶系统到大气的回流转移;(v) 水蒸汽、感热(显热)和动量从植被和土壤到大气边界层内的参考水平的空气动力传输。简单生物圈(SIB的)有七个预设的物理静态变量:两个温度(一个用于林冠和地面覆盖层和土壤表面);两个截水库(一个用于林冠和地面覆盖层)和 三个水分库(其中两个可被植被根系够到,一个潜在的水分补给层仅被液压扩散和重力排水所转移)。

2. A revised land surface parameterization (SiB2) for atmospheric GCMs .Part1: Model formulation
一个修订陆地表面参数的大气环流模型(GCMs)。第一部分:模型公式

模型(SiB2)整合了几个重要的进步,该进步基于Sellers等的文献中描述的简单生物圈模型的第一个版本(SIB)。
这些改进可以归纳如下:
                 (i)合成了一个真实的冠层光合导度模型,用以分别描述二氧化碳和水蒸汽同时转移和流出植被的过程;
                 (ii)利用卫星数据描述植被物候学(见一个配套文献的第二部分);
                   (iii) 修改水文子模型,以更好地描述基流(baseflows)和使土壤剖面中层间交流的计算更加可靠;
                   (iv)合成了一个''片状''融雪处理,当该地区平均积雪低或减少时,用以防止快速热处理和地表反射率的转换。

为了适应第(i)及(ii)项,原来SiB1的双层植被冠层结构被减少为SiB2中的单层。在SiB2中使用卫星数据和耦合到大气环流模式中时SiB2的使用性能,见配套文件的第二和第三部分。

3. A revised land surface parameterization (SiB2) for atmospheric GCMs .Part2: The generation of global fields of terrestrial biophysical parameters from satellite data
一个修订陆地表面参数(SiB2)的大气环流模型(GCMs)。第二部分:从卫星数据得来的陆地生物物理参数的全局字段

本文对Sellers等人修订的简单生物圈模型(SiB2)的全局参数作了综述。相对于Dorman和Sellers对早期SiB1的设置参数的最重要创新是使用卫星数据来明确说明FPAR、叶面积指数、林冠绿色部分的物候特性的时间变化。对每月1度的处理是通过1度的植被归一化指数(NDVI)数据集(从先进的高分辨辐射计获取的红光和近红外遥感数据)得以实现的。
   被用作NDVI源数据集的更正数据,包括:
                         (i) 时间序列数据中的明星异常值;
                         (ii) 太阳高度角变化之后的影响;
                         (iii)寒冷地区的数据缺失,除云的温度阈值程序设计还是取消了寒冷地区的陆地表面点;
                         (iv) 热带地区的永久云层。

本文简述了通过校正的NDVI数据集计算陆地表面参数的步骤,并简要说明了被用于NDVI数据中的原始材料来源(主要从现场观测所得)。本文中概述的数据集应该优于目前广泛使用的陆面参数(关键陆面参数的时空动态),特别是与植被相关的参数,是直接从与全球规模一致的数据集获取而不是从基于土地覆盖分类的多种调查推断而来的。

4. A revised land surface parameterization (SiB2) for GCMs .Part3: The greening of the Colorado State University general circulation model
一个修订陆地表面参数(SiB2)的大气环流模型(GCMs)。第三部分:对科罗拉多州立大学大气环流模型的绿化

SiB2,由Sellers等人发展的第二代陆面参数,已被纳入美国科罗拉多州立大学大气环流模型,并模拟测试了几十年的情况。使用''水桶''水文学控制运行,但是当SiB2运行时,采用相同的表面反照率和表面粗糙度分布。结果表明,SiB2是导致大陆气候变暖的一个重要因素,从地面温度,表面空气温度,和边界层平均位温可见一斑。地表感热通量增大,潜热通量减少。这种变暖几乎无处不在,但发生最壮观是在西伯利亚的冬天。陆地的降水普遍减少(季风区除外),尤其是一月的亚马逊河流域和赤道非洲和七月的东南亚。蒸发大大减少,尤其是在诸如撒哈拉沙漠的干旱地区。多年来,季风区增加的蒸发量超过过量的降水量。陆面的降水量(整合的垂直水汽含量)普遍跌幅,仅在季风地区有所增加。几乎所有大陆地区的边界层空气的混合比例都已下降,包括季风区。季风区的平均(复合的)最大边界层深度的日变化增大,平均边界层湍流动能的日变化也同样增加。大多数大陆地区的平均边界层风速也增加了。地下水含量在多雨地区普遍增加,在干旱地区普遍下降;从而使得SiB2有一种增加其空间变异性的倾向。SiB2导致了大陆云量的普遍下降。陆地的净表面长波的冷却速度提高地相当惊人,与增加的表面温度和减少的云量相一致。地面对太阳辐射的吸收也随之增加。SiB2对模拟的大气环流的影响有限。对模型最重要的影响是提高对表面温度和积雪的模拟,从而使得对陆地净碳同化率的模拟得以实现。


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