数值差分格式及其格点设置对土壤温度模拟结果的影响.pdfVIP

第 卷 第 期 地 球 物 理 学 报 ， ５５ ８ Ｖｏｌ．５５ Ｎｏ．８ 　 　 　 　 　 年 月 ， ２０１２ ８ ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ Ａｕ．２０１２ 　 　 　 ｇ 郑辉，刘树华 数值差分格式及格点设置对土壤温度模拟结果的影响 地球物理学报， ， （）： ， ： ／ ． ． ２０１２５５８ ２５１４２５２２ｄｏｉ１０．６０３８ ． ｊ ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１２．０８．００４． ， （ ）， Ｚｈｅｎ Ｈ ＬｉｕＳＨ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｎｄ ｒｉｄｓｃｈｅｍｅｉｎｓｏｉｌｔｅｍ ｅｒａｔｕｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．犆犺犻狀犲狊犲犑．犌犲狅犺狊． ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ ｇ ｇ ｐ 狆狔 ， （）： ， ： ／ ２０１２ ５５８ ２５１４２５２２ｄｏｉ１０．６０３８ ．ｉｓｓｎ．０００１５７３３．２０１２．０８．００４． ｊ 数值差分格式及格点设置对土壤温度 模拟结果的影响 郑 辉，刘树华 　 北京大学大气与海洋科学系，北京 １００８７１ 　 摘 要 土壤温度是反映气候系统和生态系统能量循环的重要地球物理学参量，土壤温度的模拟精度直接影响着 　 　 气候系统模式以及陆面物理过程模式的模拟结果 为了提高模式对土壤温度的模拟能力，本文利用土壤热扩散方 ． 程的傅里叶解析解定量研究了差分方案、格点设置以及时间步长对土壤温度模拟结果的影响；提出了一种优化的 格点设置方案，并利用巴丹吉林沙漠观测数据检验了该方案的性能 研究结果表明：三种差分方案中，显式方案的 ． 模拟误差最小， 方案其次，隐式方案的模拟误差最大；每一种格点设置方案均存在一个使模拟结果 ＣｒａｎｋＮｉｃｏｌｓｏｎ 误差最小的最优化时间步长；常用格点设置方案的最优化时间步长为 ５３５８ｓ，最小标准差为 ０．１５６Ｋ，优化方案的 最优化时间步长为 １６９４ｓ，最小标准差为 ０．０４６５Ｋ；取时间步长为 １８００ｓ时，采用常用格点设置方案，巴丹吉林沙 漠 １０ｃｍ深度土壤温度模拟结果的标准差为 １．６１Ｋ，而采用优化方案，模拟结果的标准差降至 ０．２１Ｋ，改进效果 明显． 关键词 土壤温度模拟，热扩散方程，差分方案，格点设置，陆面过程 　 ： ／ 中图分类号