Numerical modelling of snow and frozen soil processes for a multi-layer atmosphere-soil-vegetation model

多層大気-土壌-植生モデルのための積雪・土壌凍結過程の数値モデリング

堅田 元喜; Mauder, M.*

Katata, Genki; Mauder, M.*

われわれが開発した多層大気-土壌-植生モデル(SOLVEG)を積雪および土壌凍結条件に適用可能にするための改良を施した。積雪を厚みを持った層の重なりとして表現するとともに、土壌水の凍結・融解プロセスをモデル化した。湿り雪(不飽和状態)の水移動を詳細に再現するために、毛管上昇および重力排水の両方による水移動を考慮した。モデルの再現性をドイツのアルプス地域の草地フラックスサイトで検証した。改良したモデルは、観測された地表面熱フラックス,アルベド,積雪深,積雪表面温度、および土壌温度・水分量の時間変化を再現した。特に、観測に見られた融雪後の土壌水分量の急激な増加が計算結果にも見られた。また、アルプス地域で見られる典型的な乾燥した熱風(フェーン)が通過した際に雪面上で観測された大きな下向き顕熱および上向き潜熱フラックスも、シミュレーションによって再現された。

An existing multi-layer atmosphere-SOiL-VEGetation model (SOLVEG) developed by the authors was modified to simulate snow and frozen soil processes. The schemes of a multi-layer snow structure for heat and liquid water transports in snow and freeze-thaw processes of soil moisture were incorporated into the model. The performance of the modified model was tested at the pre-alpine grassland site in Germany. The modified model overall reproduced the temporal changes in observations of surface energy fluxes, albedo, snow depth and surface temperature, and soil temperature and moisture. The measured increases of soil water content due to infiltration of melted snow to the soil were simulated by the modified model. The observed large negative sensible and positive latent heat fluxes associated with the typical south foehn, a warm and dry downslope wind of the Alps, were also reproduced in the simulation.