《陸氣相互作用中地表地下水分側向運移過程機理研究》是依託河海大學，由袁飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：陸氣相互作用中地表地下水分側向運移過程機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：袁飛
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於忽略地表地下水分的側向運動過程，經典的陸面模式通常低估河谷區域的土壤含水量，而高估山嶺和山脊區域的土壤濕度，由此產生的陸表土壤水分計算偏差會影響區域氣候模擬和數值天氣預報的精度。針對這一問題，本項目將借鑑基於物理機制的分散式流域水文模型關於產匯流過程的數值模擬方法，改進中尺度大氣模式WRF的陸面過程模組Noah-LSM,使之能夠合理表征坡面流、壤中流、地下徑流沿坡地的側向匯集過程、河道匯流過程以及包氣帶土壤水、淺層地下水體和河道湖泊水之間的相互作用過程；通過數值模擬，揭示地表和地下水分的側向運移及各種水體的混合交替作用對陸表土壤濕度、陸面與大氣間水分和能量收支平衡的影響機理。該研究有助於彌補原有陸面模式中側向流過程的定量描述，提高大氣-水文耦合模式的預報精度，為實時暴雨洪水預報預警、全球變化的水循環回響提供科學基礎。
結題摘要
在地形複雜的山區性流域，地形坡度引起的側向水流可以對陸面土壤水分重新分配，進而影響陸面能量收支平衡，而這些複雜的物理過程無法在經典的一維陸面模式中顯式描述，為此本課題發展了集成全面水文機制的大尺度陸面水文耦合模式，系統探討大尺度陸氣耦合模式中的地表地下水分側向運移如何影響陸面水分和能量收支過程，目前已取得如下成果：(1) 改造陸面模式Noah LSM中格線間水分缺少相互作用的垂向土柱結構，將傳統陸面模式所無法描述的複雜水文過程（如二維地下水流過程、二維河道/湖泊水流運動、包氣帶土壤水與潛水層地下水相互作用以及潛水層地下水與河道/湖泊水相互作用）集成在同一個模式框架內，構建了大尺度陸面水文雙向耦合模式Noah/LSM/HMS；(2) 套用Noah/LSM/HMS在鄱陽湖流域進行數值模擬，建立了與地形特徵（地下水埋深）相關的側向水流對土壤蒸發、植被蒸騰、低層大氣感熱和潛熱通量、陸面與大氣間水分和能量收支平衡影響的定量關係，揭示了地下水的側向流動是驅動鄱陽湖流域大尺度陸面格線間土壤水分重新分配的主要原因；地下水分的側向流動控制了流域各處地下水埋深，間接決定了垂直方向上潛水層地下水與近地表土壤層間的水分相互作用強度，進而影響近地表土壤含水量的時空分布特徵；在大尺度陸面模式中考慮地下水的側向流過程，會顯著影響地下水淺埋區陸面土壤水分和能量收支過程的模擬計算，但對地下水深埋區的作用不明顯；(3) 雙向耦合了陸面水文模式Noah/LSM/HMS和中尺度大氣模式WRF，建立了反映區域大氣水-地表水-地下水相互作用、包括地表地下水分側向運移過程的大氣-水文雙向耦合模式WRF-HMS；通過數值模擬發現，側向水流運動和地表地下水相互作用將影響大氣模式對土壤濕度和蒸散發的模擬，進而影響邊界層的穩定性、雲結構以及區域降水的模擬和預測；(4) 以Noah LSM等陸面水文模式為核心，集成了通用環流模式、區域氣候模式、植被動態模式，融合多源衛星信息，建立了變化環境下的流域水循環回響過程數值模擬和預測平台，並在全國多個流域得到套用；(5) 迄今為至，本課題已出版專著1部，發表學術論文10篇（SCI檢索3篇、Ei檢索4篇、ISTP檢索1篇），培養博士研究生2名、碩士研究生4名、參加國際學術會議7人次、參加國內學術會議2人次。
