黑河上游高寒山区土壤水分模拟对Noah-MP模型参数化方案的敏感性评估

来源：高原气象杂志2025年第3期北京时间：

作者：黄克秀,尤元红,卢燕宇,郝莹,汪左,孙京

单位：1. 安徽师范大学地理与旅游学院，安徽 芜湖 241002;2. 安徽省气象局气象科学研究所大气科学与卫星遥感安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031;3. 资源环境与地理信息工程安徽省工程技术研究中心，安徽 芜湖 241002;4. 安徽省气象局淮河流域气象中心，安徽 合肥 230031

摘要：在气候变化的背景下， 利用陆面过程模型准确模拟土壤水分对气象预报、 农业生产和水文过程都具有重要意义。本文利用黑河上游阿柔站的气象观测资料作为Noah-MP模型的驱动数据， 开展了土壤水分模拟试验， 评估了Noah-MP模型在黑河上游高寒山区的土壤水分模拟性能。在不考虑模型参数和驱动数据不确定性的条件下， 对Noah-MP模型不同物理过程的参数化方案进行任意组合， 设计了包含17280种不同组合方案的土壤水分多参数化方案集合模拟试验， 选用Natural Selection敏感性分析方法分析了浅层土壤水分模拟结果对参数化方案的敏感性， 并进一步量化了土壤水分多参数化方案集合模拟结果的不确定性范围。研究结果表明， Noah-MP模型可用于黑河上游高寒山区的土壤水分模拟， 模型对浅层土壤水分的模拟精度较高， 模拟的土壤水分变化趋势与观测资料基本一致； 而深层土壤水分模拟结果精度较差， 模拟的土壤水分变化趋势与观测资料偏差较大。浅层土壤水分模拟结果对冻结土壤中过冷液态水、 冻结土壤渗透、 雨雪分离和第一层积雪或土壤温度的时间方案4个物理过程的参数化方案敏感， 其中对冻结土壤渗透物理过程的参数化方案特别敏感。上游高寒山区土壤冻融循环过程中， 冻结时段内的土壤水分模拟结果对参数化方案更加敏感， 使得土壤冻结物理过程参数化方案的选择是导致土壤水分多参数化方案集合模拟结果不确定性的主要因素。

关键词：土壤水分,集合模拟,参数化方案敏感性分析

基金资助：国家自然科学基金项目(42101361),安徽省重点研究与开发计划项目(2022m07020003),安徽省高等学校科学研究重点项目(2023AH050143),中国博士后科学基金面上项目(2024M753092),安徽师范大学大学生创新创业训练计划项目(202310370056)