A Revised Land Surface Parameteriza

A Revised Land Surface Parameterization (SiB2) for Atmospheric GCMs.
Part I: Model Formulation
ABSTRACT
The formulation of a revised land surface parameterization for use within atmospheric general circulation models (GCMs) is presented. The model (SiB2) incorporates several significant improvements over the first version of the Simple Biosphere model (SiB) described in Sellers et al. The improvements can be summarized as follows:
(i) incorporation of a realistic canopy photosynthesis-conductance model to describe the simultaneous trans¬fer of CO2 and water vapor into and out of the vegetation, respectively;
(ii) use of satellite data, as described in a companion paper, Part II, to describe the vegetation phenology;
(iii) modification of the hydrological submodel to give better descriptions of baseflows and a more reliable calculation of interlayer exchanges within the soil profile;
(iv) incorporation of a “patchy” snowmelt treatment, which prevents rapid thermal and surface reflectance transitions when the area-averaged snow cover is low and decreasing.
To accommodate the changes in (i) and (ii) above, the original two-layer vegetation canopy structure of SiBl has been reduced to a single layer in SiB2. The use of satellite data in SiB2 and the performance of SiB2 when coupled to a GCM are described in the two companion papers, Parts II and Ш.

1. Introduction
The formulation of a revised land surface parame-terization for use within atmospheric general circula¬tion models (GCMs) is presented. This new parame¬terization (SiB2) incorporates several improvements over the first version of the Simple Biosphere model (hereafter referred to as SiBl) of Sellers et al. (1986), including the incorporation of a realistic canopy pho-tosynthesis-conductance submodel and the use of sat-ellite data to describe vegetation state and phenology. The principle motivation for formulating SiB2 was to provide more realistic estimates of sensible and latent heat fluxes over the continents along with consistent estimates of large-scale carbon assimilation rates.
SiBl used physically based formulations to calculate turbulent transfer and reflectance properties of the veg-etated land surface as functions of leaf-area index (LAI), canopy morphology, and vegetation element and soil optical properties. Empirical expressions were used to calculate the canopy transpiration resistance as a function of LAI, vegetation type, and environmental conditions (light, soil moisture, temperature, humid¬ity). Maps of vegetation type based on the ground- based classification work of Kuchler (1983) and Mat¬thews (1984, 1985) were combined with vegetation phenologies specified from data gathered from a survey of the ecological literature (see Dorman and Sellers 1989) to provide global time series of green LAI and thereafter the parameters mentioned above. This ap¬proach yielded some success in that more realistic con¬tinental fields of evaporation, sensible heat flux, near¬surface air temperature, and precipitation were calcu¬lated by GCMs using SiBl when compared with parallel runs executed using conventional abiological land-surface parameterizations (see, for example, Sato et al. 1989a). However, the empirical canopy conduc¬tance calculation and the arbitrary prescription of veg¬etation phenology were recognized weaknesses of SiBl.
Two scientific developments prompted a radical re-vision of SiB 1 and its associated datasets. First, work carried out in the 1980s and early 1990s by plant phys-iologists and ecologists provided new insights into the biochemical mechanisms governing photosynthesis and how these are tied to stomatal function (see, for example, Farquhar et al. 1980; Ball 1988; Collatz et al. 1990; Collatz et al. 1991). Further work by Field (1983) and Field and Mooney (1986) and others showed how vegetation canopies distributed biochem¬ical resources so as to maximize their photosynthetic efficiency. Sellers et al. (1992a) integrated the new photosynthesis-conductance models using these eco-logical efficiency principles to produce a physiologi¬cally plausible canopy-scale photosynthesis-conduc¬tance model.

Результаты (русский) 1:

Пересмотренная земли поверхности параметризации (SiB2) для атмосферных GCMs.Часть I: модель разработкиАННОТАЦИЯПредставлена разработка пересмотренной земли поверхности параметризации для использования моделей атмосферной циркуляции (ГМЦ). Модель (SiB2) включает в себя несколько существенных улучшений над первой версией модели простой биосферы (БСС), описанной в продавцов и др. Улучшения можно резюмировать следующим образом:(i) включение модели фотосинтеза електропроводимостьи реалистичные купола для описания одновременного trans¬fer CO2 и паров воды в и из растительности, соответственно;(ii) использование спутниковых данных, как описано в документе компаньон, часть II, для описания фенологические растительности;(iii) изменение гидрологических подмодели, чтобы дать лучшее описание baseflows и более надежный расчет межслойного обменов в профиле почвы;(iv) включение лечения «Бляшечно» снегов, что предотвращает быстрый тепловой и поверхности отражения переходов, когда в среднем площадь снежного покрова является низким и снижение.Чтобы учесть изменения в (i) и (ii) выше, оригинальные два слоя растительности структура купола SiBl был сокращен до одного слоя в SiB2. Использование спутниковых данных в SiB2 и производительность SiB2 с GCM описаны в двух документах компаньоны, частей II и Ш. 1. ВведениеПредставлена разработка пересмотренной земли поверхности параметров terization для использования в рамках атмосферных общих circula¬tion моделей (ОЦМ). Этот новый parame¬terization (SiB2) включает в себя несколько улучшений над первой версией модели простой биосферы (далее SiBl) из продавцов et al (1986), включая учет подмодель Пхо tosynthesis електропроводимостьи реалистичные canopy и использование sat ellite данных для описания состояния растительности и фенология. Принцип мотивации для формулирования SiB2 заключается в предоставлении более реалистичной оценки разумной и потоков скрытого тепла на континентах наряду с последовательной оценки крупномасштабных углерода ассимиляции ставок.SiBl, используемые физически на основе формулировки для расчета турбулентного передачи и отражения свойств овощей etated земли поверхности как функции поверхности листьев индекса (ЛАЙ), балдахин морфология и оптические свойства растительности элемент и почвы. Эмпирические выражения использовались для расчета сопротивления транспирации балдахин как функция ЛАЙ, тип растительности и условий окружающей среды (свет, влажность почвы, температура, влагоустойчивость). Карты типа растительности на местах на основе классификации работы Kuchler (1983) и Mat¬thews (1984, 1985) были объединены с phenologies растительностью, указанных данных, собранных из обзора экологической литературы (см. Дорман и продавцов 1989) предоставлять глобальные временные ряды зеленых ЛАЙ, а затем параметры, упомянутые выше. Это ap¬proach принесло некоторый успех в том, что более реалистичные области con¬tinental испарения, разумный тепловой поток, near¬surface температура воздуха и осадки были calcu¬lated по МОЦ с использованием SiBl при сравнении с параллельными трассами, которые выполняются с использованием обычных Форсиртестеры параметризаций земной поверхности (см., например, Сато и др. 1989a). Однако расчет conduc¬tance эмпирические canopy и произвольным отпускаемых по рецепту veg¬etation фенологические были признанные недостатки SiBl.Два научные события побудили радикальное повторное видение SiB 1 и связанные наборы данных. Во-первых работа в 80-х и начале 1990-х годов завод РЬуз iologists и экологи представили новые идеи в биохимические механизмы, регулирующие фотосинтеза и как они привязаны к устьичной функции (см., например, Фаркухара и др. 1980; Бал 1988; Collatz и соавт. 1990; Collatz соавт. 1991). Дальнейшая работа по полю (1983) и поле и Муни (1986) и другие показали, как навесы растительности распределенных biochem¬ical ресурсов, с тем чтобы максимально повысить их фотосинтетическая эффективность. Продавцы и др (1992a) интегрированы новые модели фотосинтеза електропроводимостьи с использованием этих принципов эко логической эффективности для производства physiologi¬cally правдоподобными пологом фотосинтеза conduc¬tance модель.

Результаты (русский) 3:

пересмотренный поверхности земли параметризации (sib2) по атмосферному мгц.часть I: разработки моделейрезюмеразработка пересмотренного поверхности земли параметризации для использования в модели общей циркуляции атмосферы (гмц) не представлено.модель (sib2) включает ряд существенных улучшений по сравнению с первой версии простой биосферы модели (сиб), описанных в продавцов и др.улучшения, можно резюмировать следующим образом:i) включение реалистичного навес фотосинтез модели проводимости для описания одновременно TRANS ¬ фер CO2 и водяной пар в и из растительности, соответственно;ii) использование спутниковых данных, как это описано в сопроводительном документе, часть II, для описания растительного фенология;iii) изменение гидрологического submodel лучше описания baseflows и более надежные расчеты прослойки обменов в грунт.iv) учет "неоднозначной" таяния снега обращения, которое не позволяет быстро тепловой и поверхности переход, когда район отражения в среднем снежного покрова является низким и снижается.для учета изменений в i) и ii) выше первоначальной структуры sibl двухслойный растительного полога был сокращен на один слой в sib2.использование спутниковых данных в sib2 и исполнении sib2 в сочетании с омц описаны в два вспомогательных документов, разделы II и Ш.1.введениеразработка пересмотренного поверхности земли parame terization для использования в рамках генеральной circula ¬, два атмосферных моделей (гим) не представлено.этот новый parame ¬ terization (sib2) включает ряд улучшений в течение первого варианта простого биосферы модели (именуемый далее sibl), продавцов и др.(1986), включая учет реалистично навес пхо tosynthesis проводимости submodel и использование сидел ellite данные для описания растительного государства и фенологии.принцип мотивации для разработки sib2 состояла в том, чтобы обеспечить более реалистичные оценки разумной и скрытые тепловых потоков на континенты, наряду с последовательной оценки широкомасштабных ассимиляции углерода.sibl используется для расчета на основе физических составов бурных передачи и отражения свойств овощи etated поверхности земли как функции индекс листовой поверхности (лай), навес, морфология и растительности и почве элемент оптические свойства.эмпирические выражения были использованы для расчета навес транспирация сопротивления как функция лай, тип растительности и окружающей среды (света, влаги в почве, температуры, влажности ¬ нпп).карты типа растительности на местах - классификация на основе работы кюхлер (1983) и мат ¬ thews (1984, 1985) были объединены с растительностью phenologies определена из данных, собранных от обследования экологической литературы (см. дорман и продавцов, 1989) в целях обеспечения глобальных временных рядов зеленый лай, а затем параметров, указанных выше.это ап ¬ proach дали определенных успехов в этом более реалистичные con ¬ tinental областях испарения, разумной тепловой поток, вблизи ¬ поверхности температура воздуха, и осадков были calcu ¬ области на оцм, используя sibl по сравнению с параллельных прогонов осуществляется с использованием обычных abiological поверхности земли параметризации (см., например, сато и др.1989a).однако эмпирические навес conduc ¬ tance расчетов и произвольных рецепт овощи ¬ etation фенология были признаны недостатки sibl.два научных событий побудило радикальной вновь видение губ 1 и связанных с ней наборов данных.во - первых, работу, проводимую в 80 - х годах и в начале 90 - х годов заводом, phys iologists и экологов, получить новую информацию о биохимической механизмов, регулирующих фотосинтеза и как они связаны с удельным устьичным функции (см., например, A et al.в 1980 году; мяч 1988 года; collatz et al.1990 года; collatz et al.1991).дальнейшая работа на местах (1983) и области и муни (1986) и другие показали, как растительность навесов распространен биохимию ¬ iCal ресурсов в целях достижения их максимальной эффективности фотосинтеза.продавцы и др.(1992a) включены новые модели с помощью фотосинтеза проводимости эти эко - логической принципов эффективности подготовить physiologi ¬ келли правдоподобно навес масштаба фотосинтез conduc ¬ tance модели.