Numerical simulation of surface energy and water balances over a semiarid grassland ecosystem in the West African Savanna

西アフリカのサバンナの半乾燥草地生態系における地表面エネルギー・水収支の数値シミュレーション

Quansah, E.*; 堅田 元喜; Mauder, M.*; Annor, T.*; Amekudzi, L. K.*; Bliefernicht, J.*; Heinzeller, D.*; Balogun, A.*; Kunstmann, H.*

Quansah, E.*; Katata, Genki; Mauder, M.*; Annor, T.*; Amekudzi, L. K.*; Bliefernicht, J.*; Heinzeller, D.*; Balogun, A.*; Kunstmann, H.*

乾燥・半乾燥地域における大気からの入力放射エネルギーの地表面での潜熱・顕熱への分配を精緻に予測することは、気象モデルに考慮されている陸面交換過程の研究を進める上で重要な課題である。本研究では、鉛直1次元多層大気-土壌-植生モデルSOLVEGを用いて、西アフリカのサバンナ生態系の乾季および雨季の地表面エネルギー・水収支の数値シミュレーションを行った。数値計算の結果、それぞれの季節について、モデルは観測された地表面熱フラックス(正味放射量、顕熱、潜熱、および地中伝導熱)の日変化の傾向を再現した。また、計算値と観測値の間の相関係数、平均二乗誤差、および標準正規偏差の統計量の比較によりモデルの性能を評価し、モデルのパラメータを適切に与えることによって、サバンナ生態系で観測された地表面熱収支、土壌からの蒸発、植生からの蒸散などのダイナミクスを定量的に再現できる可能性を明らかにした。

An accurate prediction in the energy partitioning of the net solar radiation into latent and sensible heat fluxes over arid and semiarid regions is one of the challenges in land surface study in weather and climate simulations. Numerical simulations of surface energy and water balances were carried out using a one-dimensional multi-layer atmosphere-SOil-VEGetation (SOLVEG) model for selected days of the dry and rainy seasons over a savanna grassland ecosystem in Sumbrungu in the Upper East region of Ghana. The results for the investigated period between both seasons showed that the model overall reproduced the diurnal changes in the observed net radiation, sensible heat flux, latent heat flux, and ground heat flux. The statistics for the above variables as the correlation coefficient, root mean square error, and normalized standard deviation between the observations and calculations in the dry and wet periods suggest that the model was able to simulate the observed energy fluxes, soil evaporation, and transpiration in savanna grassland ecosystems.