Foehn is snow-eater; Numerical analysis of snowmelt and CO exchange processes at pre-alpine grassland sites

フェーンは雪食い; アルプス草地サイトでの融雪およびCO交換過程の数値解析

堅田 元喜; Mauder, M.*

Katata, Genki; Mauder, M.*

雪解けのタイミングには、生育期間のCO交換の変動を決定づける重要な役割がある。雪の物理過程は極めて複雑であり、その正確な予測には精緻なプロセスベースの雪モデルが必要である。本研究では、著者らが開発した多層大気-土壌-植生モデル(SOLVEG)に、新たに融雪および土壌凍結過程を考慮した。雪の厚みを持った層の重なりとして表現し、その中での熱・液体水移動や、土壌水の凍結・融解などのプロセスをモデル化した。このモデルをドイツのアルプス地域の草地サイトに適用し、そこでの観測データと比較することによって検証した。改良したモデルは、観測された運動量・熱・CO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。シミュレーションでは、アルプス地域で見られる乾燥した熱風(フェーン)が雪面に与える顕熱と雪面での昇華熱によって、融雪が大きく促進することが示された。フェーンによって雪が融解した後には、冬季の最中であっても植物の光合成活動が活発に起こることが明らかになった。

A multi-layer atmosphere-SOiL-VEGetation model (SOLVEG) was modified to simulate snow and frozen soil processes. Heat and liquid water transported within a multi-layer snow structure scheme, and freeze-thaw process of soil water was incorporated into the model. The modified model was applied to pre-alpine grassland sites in TERestrial ENvironmental Observatories (TERENO) networks in Germany. The modified model reproduced the overall temporal changes in observations of momentum, surface energy, and CO fluxes, albedo, physical snow depth and surface temperature, and soil temperature and moisture. Our simulations demonstrated that foehn winds, a southern warm and dry downslope wind of the Alps, strongly enhanced snow melting due to large negative sensible and positive latent heat fluxes. Soon after the snow melted due to foehn winds, CO assimilation immediately occurred even in the middle of winter season.