青藏高原作为全球最大、海拔最高的地区，其独特的地表特性对区域及全球气候系统产生深远影响。高原涡（Tibetan Plateau Vortices, TPVs）是夏季在青藏高原频繁活动的中尺度天气系统，显著影响高原及下游地区的降水过程。然而，当前多数数值模式在陆面过程模拟中，忽略了青藏高原地区广泛分布的土壤砾石，可能影响对高原涡演变机制的研究分析。
近日，国际地球系统建模领域期刊Journal of Advances in Modeling Earth Systems（JAMES）在线发表了题为《Coupling Soil Gravel Parameterization Into WRF: A Case Study of the Tibetan Plateau Vortex》的研究论文。该研究由中国科学院青藏高原研究所与兰州大学联合培养博士研究生徐悦为第一作者，我所地气作用与气候效应团队负责人马耀明研究员为通讯作者。
该研究首次在WRF模式中引入土壤砾石参数化方案，并以青藏高原一次典型高原涡过程为例，设计开展了相关敏感性试验，初步评估了土壤砾石对地气相互作用过程及高原涡演变的可能影响。研究在CLM4.0陆面过程方案基础上，引入砾石含量参数，设置无砾石（Ctl）与不同砾石比例（0%、50%、100%）的敏感性实验。模拟结果表明，引入砾石参数化方案后，WRF对高原涡的模拟在发展路径、强度及降水空间分布方面更接近观测数据，在一定程度上改善了冷湿偏差的问题。
机制分析表明，随着砾石含量增加，土壤导热性增强、渗透性提高，导致地表土壤湿度降低，潜热释放减弱，从而影响对流活动发展并可能抑制高原涡强度和降水强度。模式结果还结合FY-2E卫星云顶亮温、ERA5涡度与风场、SMAP土壤湿度等多源观测资料进行交叉验证，提升了试验结论的稳健性。
本研究为探索青藏高原复杂地表特性在天气系统演变中的作用机制提供了新视角。虽然当前试验仅基于单次典型高原涡个例，但该研究提出的WRF-Gravel试验设计具有较好的可推广性和适用性，未来有望在多例强对流系统模拟与高原陆气间耦合机制研究中得到进一步验证和应用。
该研究受到国家自然科学基金项目（U2442213）资助。
文章链接：https://doi.org/10.1029/2024MS004923
图1. 2016年6月27日06:00至6月30日06:00期间低涡中心的移动路径（a–c），以及该期间500 hPa低涡中心的位势涡度（实线，单位：PVU）与其附近1°×1°范围平均降水的演变（柱状图，单位：mm/h）（d–f）(a)、(d)、(g)为观测对比数据；(b)、(e)、(h)为WRF-Ctl试验结果；(c)、(f)、(i)为WRF-Gravel试验结果
图2. 高原涡发展过程中，三个站点近地表和0.2米深度处的土壤温度（a, b, c）与土壤湿度（d, e, f）时间序列变化
图3. 砾石对土壤属性及高原涡（TPVs）影响的示意图
