基于遥感蒸散发数据改进CLM5陆面模式对全球水文过程的模拟研究

发布人：李泽腾 发布日期：2021-12-19
[文章摘要]
       陆地蒸散发（Evapotranspiration, ET）是水和能量循环的重要组成部分。提高全球陆地蒸散发模拟是陆面模式（Land Surface Models, LSMs）发展中具有挑战性的工作之一。本研究利用基于遥感的ET数据，在全球范围内对NCAR研发最新版本的Community Land Model version 5.0（CLM5）模拟的ET进行偏差校正。结果表明，该校正方法可以不同程度地改善全球范围内CLM5模型对ET的高估和低估情况。其中，对ET高估的改善较为明显，而对低估改善的有效性则受制于蒸散发机制（水和能量的限制）。在降水丰沛的地区，在对向没有降水限制的情况下，可以通过增加ET的方式有效地缓解ET低估。而在降水稀缺的地区，由于受到下垫面水分供应条件的限制，ET校正效果不太理想。总体而言，以GLEAM蒸散发数据为参考，与CLM5模拟的ET相比，偏差校正方法的全球平均相对偏差（RB）和均方根误差（RMSE）分别减少了51.8%和65.9%。同时，相关系数（CC）也从0.93提高到0.98。在各个大洲尺度上，校正效果最明显的为亚洲，其RB从7.04%减少到2.14%，RMSE从114 mm/year减少到34 mm/year，CC从0.92上升至0.99。得益于ET的提高，全球和各个大洲的径流（Runoff）和土壤湿度（Soil Moisture）模拟也得到了不同程度的改善。研究表明，利用基于遥感ET数据可以有效改善陆面模式对水文过程的模拟。
 
[正文简述]

校正及验证

主要分为3个部分：ET率定期、ET校正期和验证期。

①选取GLEAM ET作为基于遥感的蒸散发数据。通过率定期的GLEAM ET和CLM5模拟的ET计算校正因子（f ET）。

②基于“ET关系时不变”假设，通过对CLM5模型蒸散发模块进行改进，将校正因子植入到模型蒸散发模块中，结合模型水量平衡等物理限制条件，得到校正后的ET。

③由于ET的变化，径流和土壤含水等水文变量也相应发生了变化。

结果

图1. 为校正前后的多年平均ET的对比，校正前为CLM，校正后为CLMET。从图（a-c）可以看到校正前后ET的空间变化，图（d-f）可以看到，以GLEAM为参考（Reference）,校正后的ET在空间分布上有明显的改善和提升。

图2. 校正前后的多年平均ET的季节对比结果。从结果上看，6月-8月（JJA）的校正效果优于其他季节，12月-1月（DJF）校正效果相对较差。

图3. 校正前后的ET的各月的对比结果。

图4. 得益于ET的校正，改进后的CLM5对于径流（runoff）的模拟也有不同程度的改善。

       本研究获得国家重点研发（2017YFA0604300）和国家自然科学基金（51779278；51969004）等研究项目的支持。

论文链接：
https://www.mdpi.com/2072-4292/13/21/4460
引用格式：
797
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