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smartlixx authored Oct 9, 2024
2 parents 29f91a9 + 63772c3 commit de7a424
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81 changes: 58 additions & 23 deletions CoLM-Latex/CoLM.preamble.tex
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}{\end{mdframed}}

\newcommand{\EngTitlePage}{%
\clearpage
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\vspace*{1in}
\begin{center}
\fontsize{22.5}{20}\selectfont {\bf Description of the Common Land Model\\[2ex] (CoLM 2024)}
\end{center}
\vskip 1in
\textbf{\Large Coordinating Lead Authors:}\\
{\large Hua Yuan, Yongjiu Dai} \\[3ex]

\noindent\textbf{\Large Lead Authors:}\\
{\large Fang Li, Lu Li, Xianxiang Li, Shaofeng Liu, Xingjie Lu, Nan Wei, Zhongwang Wei, Xiaodong Zeng, Shulei Zhang, Shupeng Zhang} \\[3ex]

\noindent\textbf{\Large Contributing Authors:}\\
{\large Wenzong Dong, Hanwen Fan, Shuyang Guo, Zulong Huang, Hongbin Liang, Wanyi Lin, Zhuo Liu, Jiahao Shi, Aobo Tan, Xionghui Xu}
}

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7 changes: 5 additions & 2 deletions CoLM-Latex/CoLM.tex
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\listoftodos[待核查/修改列表]
%\listoftodos[待核查/修改列表]

\body
\include{前言/前言}
Expand Down Expand Up @@ -163,7 +166,7 @@ \part*{附录}{Appendix}
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\clearpage
\renewcommand{\bibname}{参考文献}
%\renewcommand{\bibname}{参考文献}
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\bibliographystyle{agufull08-mod}
Expand Down
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Binary file added CoLM-Latex/Figures/模式构架/积雪分层.pdf
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12 changes: 12 additions & 0 deletions CoLM-Latex/References/References.bib
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Expand Up @@ -4190,4 +4190,16 @@ @article{wiltshire2020JULESGL7GlobalLanda
pages = {483--505},
publisher = {Copernicus GmbH},
doi = {10.5194/gmd-13-483-2020}
}

@book{europeancommission.jointresearchcentre.GHSLDataPackage2023,
address = {LU},
title = {{GHSL} data package 2023.},
url = {https://data.europa.eu/doi/10.2760/098587},
language = {en},
urldate = {2023-06-28},
publisher = {Publications Office},
author = {{European Commission. Joint Research Centre.}},
year = {2023},
file = {European Commission. Joint Research Centre. - 2023 - GHSL data package 2023..pdf:C\:\\Users\\dongw\\Zotero\\storage\\QHAV2IFI\\European Commission. Joint Research Centre. - 2023 - GHSL data package 2023..pdf:application/pdf},
}
3 changes: 2 additions & 1 deletion CoLM-Latex/icthesis.sty
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\tableofcontents % 中文目录
\tableofcontents % 中文目录
\EngTitlePage
\tableofengcontents % 英文目录
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27 changes: 13 additions & 14 deletions CoLM-Latex/人类活动/作物模式.tex
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Expand Up @@ -69,7 +69,7 @@ \chapter{作物模式}

\section{物候}
\esection{Phenology}
GPAM1的物候包括三个阶段: (1)播种到抽芽; (2)抽芽到开始灌浆(grain fill); (3)灌浆到成熟/收割。所涉及的参数取值见表~\ref{tab:作物物候方案相关参数}。
GPAM1的物候包括三个阶段: (1)播种到抽芽; (2)抽芽到开始灌浆(grain fill); (3)灌浆到成熟/收割。所涉及的参数作物底温${T}_{\mathrm{base}}$,抽芽点$f_{\mathrm{LE}}$,抽芽点$f_{\mathrm{LE}}$,成熟积温点${\rm GDD}_{\mathrm{mat}}$和最长生长季长度${\rm GSL}_{\mathrm{max}}$取值见表~\ref{tab:作物物候方案相关参数}。

% Please add the following required packages to your document preamble:
% \usepackage{booktabs}
Expand All @@ -92,7 +92,7 @@ \section{物候}
\subsection{播种}\label{sec:播种}
\esubsection{Sowing}
播种日期是给定的,采用全球播种日再分析数据~\citep{jagermeyr2021climate}),并结合陆表数据中的作物分布制作而成,% (图~\ref{fig:GPAM1播种日空间分布})
为GPAM1的输入场。
为GPAM1的输入场。播种日期以后,作物进入第一个阶段,从播种期到抽芽期。

%{
%\begin{figure}[htbp]
Expand All @@ -105,36 +105,35 @@ \subsection{播种}\label{sec:播种}

\subsection{抽芽}
\esubsection{Germination}
当热单元指数(Heat Unit Index, ${\mathrm {HUI}}$):
通过每日积温达到成熟积温的比例,我们计算得到热单元指数(Heat Unit Index, ${\mathrm {HUI}}$):
\begin{equation}\label{HUI}
{\mathrm {HUI}}=\frac{{\rm GDD}_{\mathrm{base}}}{{\rm GDD}_{\mathrm{mat}}}
\end{equation}
达到$f_{\mathrm{LE}}$\todo{这个变量好像没有定义},开始抽芽${\rm GDD}_{\mathrm{base}}$是基于陆表气温的积温(\textcelsius\ days):
${\mathrm{HUI}}$达到抽芽点$f_{\mathrm{LE}}$时,作物进入第二个阶段,从抽芽期到灌浆期${\rm GDD}_{\mathrm{base}}$是基于陆表气温的积温(\textcelsius\ days):
\begin{equation}
{\rm GDD}_{\mathrm{ {base }}}=\sum_{\mathrm{planting}}^{\rm current\ day} \min \left(0, T_{\mathrm{sa}}-T_{\mathrm{base}}\right)
{\rm GDD}_{\mathrm{ {base }}}=\sum_{\mathrm{planting}}^{\rm current\ day} \min \left(0, T_{\mathrm{2m,daily}}-T_{\mathrm{base}}\right)
\end{equation}
其中,$T_{\mathrm{sa}}$是日地表气温\todo{需更加明确,与前面相同变量统一符号。}$T_{\mathrm{base}}$是底温(作物在该温度下停止生长)。
其中,$T_{\mathrm{2m,daily}}$是日均地表气温$T_{\mathrm{base}}$是底温(作物在该温度下停止生长)。

\subsection{灌浆}
\esubsection{Grain Filling}
${\mathrm {HUI}}$达到$f_{\mathrm{GF}}$\todo{这个变量好像没有定义},开始灌浆
${\mathrm {HUI}}$达到灌浆点$f_{\mathrm{GF}}$,作物进入第三个阶段,从灌浆期到成熟收获期

\subsection{成熟}
\esubsection{Maturity}
${\mathrm {HUI}}$达到1时或生长季达到最长生长季长度${\rm GSL}_{\mathrm{max}}$时,作物成熟。其中,${\rm GDD}_{\mathrm{mat}}$\todo{在公式25.1第一次出现,可以把定义放在25.1}是${\rm GDD}_{\mathrm{base}}$
10年滑动平均的一元线性方程(表~\ref{tab:作物物候方案相关参数})。
${\mathrm {HUI}}$达到1时,即积温达到成熟积温时$\left(\mathrm{GDD}_{\mathrm{base}}=\mathrm{GDD}_{\mathrm{mat}}\right)$或生长季达到最长生长季长度${\rm GSL}_{\mathrm{max}}$时,作物成熟可收获。通过经验拟合,我们得到成熟积温${\rm GDD}_{\mathrm{mat}}$和10年滑动平均积温${\rm GDD}_{\mathrm{10yr}}$的线性关系,经验系数a和b的具体取值见表~\ref{tab:作物物候方案相关参数}。
\begin{equation}
{\rm GDD}_{\mathrm{mat}}=a {\rm GDD}_{\rm 10yr}+b
\end{equation}

\subsection{收割}
\esubsection{Harvesting}
假设达到成熟的时步收割
假设收割发生在达到成熟的时步


\section{生理变化}
\esection{Physiological Changes}
作物的碳(C)库和氮(N)库有leaf, live stem, grain, fine root库及相应的transfer和storage库,无dead stem, live coarse root, dead coarse root库及相应的transfer和storage库。由于新加了grain库,相应通量会增加分配到grain的C/N通量,grain到Aproduct\todo{这个单词好像有点奇怪}及litter的C/N通量。作物的呼吸和周转与草相同
作物的碳(C)库和氮(N)库有叶, 活茎, 谷物, 细根库及相应的存储库和传输库,无死茎, 活粗根, 死粗根库及相应的存储和传输库。由于新加了谷粒库,相应通量会增加分配到谷粒的C、N通量,谷粒到产物及凋落物的C、N通量。作物的呼吸和周转速率与草地相同

\subsection{光合和气孔导度}
\esubsection{Photosynthesis and Conductance}
Expand Down Expand Up @@ -335,9 +334,9 @@ \subsection{秸秆焚烧及排放}
\end{equation}
$D_{\mathrm {p}} $ (\unit{person.km^{-2}}) 及 ${\mathrm {\rm GDP}}$ (\unit{k\ 1995\ US\$.capita^{-1}})
分别是人口密度和生产总值。
$f_{\mathrm{crop}}$ 用于判断火发生时间(发生时为1,其余时步为0),
是输入场,定义为观测播前观测\todo{不太确定这里是不是有点不通顺}的秸秆焚烧峰值时步
观测的秸秆焚烧峰值时步基于GFED4s的3小时数据;播种时间见章节~\ref{sec:播种}
$f_{\mathrm{crop}}$ 是秸秆焚烧发生标识,用于判断秸秆焚烧何时发生(发生时为1,其余时步为0),
是输入场,$f_{\mathrm{crop}}$ 反应了观测的秸秆焚烧峰值时步
它是基于GFED4s的3小时数据

在得到燃烧面积后,火灾引起的碳排放${\mathrm {CE}}$ (\unit{g.C.m^{-2}.s^{-1}}) 为:
\begin{equation}
Expand Down
2 changes: 1 addition & 1 deletion CoLM-Latex/人类活动/城市模式.tex
Original file line number Diff line number Diff line change
Expand Up @@ -77,7 +77,7 @@ \subsection{无植被覆盖时短波辐射传输}\label{无植被覆盖时短波
\end{equation}
阳面墙面积相对总墙面占比计算为:
\begin{equation}\label{f_wsun}
f_{\mathrm{wsun}}=0.5 \cdot \frac{s_{\mathrm{w}} f_{\mathrm{g}}+f_{\mathrm{b}}}{\frac{4}{\pi} f_{\mathrm{b}} {\rm HL} \tan \left(\theta_{\mathrm{s}}\right)+f_{\mathrm{b}}}
f_{\mathrm{wsun}}=0.5 \cdot \frac{S_{\mathrm{w}} f_{\mathrm{g}}+f_{\mathrm{b}}}{\frac{4}{\pi} f_{\mathrm{b}} {\rm HL} \tan \left(\theta_{\mathrm{s}}\right)+f_{\mathrm{b}}}
\end{equation}
阴面墙面积占比:
\begin{equation}\label{f_wsha}
Expand Down
6 changes: 3 additions & 3 deletions CoLM-Latex/前言/前言.tex
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Expand Up @@ -34,20 +34,20 @@ \chapter*{前~言}

正因为精细化的陆面模式,为诸多方面的陆-气相互作用研究提供了科学方法和工具。

\textit{2、在水文/水资源管理模拟研究中的重要性}
\textit{2、在水文/水资源管理模拟研究中的作用}

基于物理原理的水文过程模式是深入理解、监测和预测水循环的重要工具。陆面模式水文过程建模集成了近年来水文学领域的最新进展,水文学家深度参与了模式的研发。陆面模式精细描述了对植被冠层截留过程、积雪和土壤水文过程(垂向、侧向流动和地下水),产、汇流过程,湿地、湖泊、水库、河道径流过程,水文连通性及多尺度空间变异性,人类活动等关键水文过程,以及全面的水文模式基准验证(流域或关键带测站数据)与系统性地严格评估。

陆面模式适用不同空间尺度(\textasciitilde1米 至\textasciitilde100公里)水文过程模拟。其中,基于流域水文响应单元的水文过程建模,明确解决了次流域尺度的地形结构方面存在问题,显著改善了次流域尺度上的水分、能量及生物地球化学过程与通量模拟,实现在空间和水文学过程要素之间进行综合,提升模式的物理真实性和普适性,这些努力已超越传统水文学中采用的方法。

由于地域与过程的复杂性、广泛的模型需求,以及众多建模群体等,导致当前水文领域模型数量和种类繁多。过多水文模型,可能会导致研究资源浪费和低效率。基于服务于天气/气候/地球系统模式的陆面模式这一系统集成平台,开展水文模型研发、机理研究与业务应用等,将极大推动水文过程建模。

\textit{3、在生态系统和农业生产与管理模拟中的重要性}
\textit{3、在生态系统和农业生产与管理模拟中的作用}

气候模式迈向地球系统模式(ESMs)的得益于陆面分系统模式的重大进展。正因为此,ESMs可以模拟陆地生态系统以及生物地球化学循环,为相关于气候过程的生态研究提供了一个通用框架,包括:物候、生长季节长度和群落组成,水利用效率和生产力,野火、昆虫、极端事件和人类活动引起的干扰等;以及脆弱性分析、影响和适应性分析,气候变化缓解措施等。ESMs使我们可以超越传统对大气状态的物理描述,转而可关注与社会相关的问题。例如,火灾风险、栖息地丧失、水资源可用性以及作物、木材产量等问题;干旱、热浪、不稳定且强烈的降水分布、风暴和洪水,$\rm CO_2$、$\rm O_3$,土壤侵蚀、土壤盐碱化,用水需求和可用性等影响农业生产力及稳定性和农民生计问题。ESMs不仅提供了评估未来气候变化影响的方法,还能确定气候变化对生物圈和农业生产与管理的影响,以及生态系统固碳能力和农业适应气候变化策略有效性的评估与预估提供基础理论与应用平台。

本报告是一系列介绍了通用陆面模式2024版本(The Common Land Model version 2024, CoLM 2024)的第一册,为用户提供了 CoLM 的全面详尽的描述,包括其所有的陆面物理、化学、水文、生态和人类活动等过程的数学建模的科学和算法方法。此技术说明覆盖了所有在CoLM版本2024之前发布的版本,并将随着新版本发布及功能添加进行更新。

本报告由八部分组成,共分三十章。第一部分为引言,介绍通用陆面模式CoLM的由来及其版本发展历史,并简要介绍CoLM 2024的新特性。第二部分为模式构架与基础数据,讲明模型的总体结构与计算框架,特别是本版本新增加的非结构网格、流域单元网格以及植被功能性次网格和植物群落次网格结构;另外,对模型所需的地表覆盖、土壤、植被、水文、城市等数据进行简要介绍。第三部分为地表通量方案,包括地表辐射通量计算、地表湍流通量计算、光合作用与气孔导度计算、植被水力模式以及降水与地表的能量交换。第四部分介绍植被冠层、积雪和土壤温度计算方案。第五部分为植被冠层、积雪和土壤水分计算方案,包括植被冠层雨水截留过程以及积雪、土壤水分垂直运动过程。第六部分为水文过程,包括耦合径流模型的产流、汇流过程及侧向流的模拟;对湖泊模式、冰川模式和湿地模式进行介绍。第七部分为生物地球化学循环过程,说明植被和土壤碳库结构,植被和土壤凋落物的生物地球化学循环过程及其预热加速功能,并描述火灾模块。第八部分与人类活动相关,涵盖对城市模块、作物模块、水库模块和土地利用土地覆盖变化模块的描述。

CoLM由中山大学大气科学学院戴永久研究团队开发和维护。CoLM属于开源系统,我们欢迎任何个人或实体均可在任何目的下无需支付任何费用下载和使用。最新的模式程序和文档可以通过以下网址获取:~\url{https://github.com/CoLM-SYSU/CoLM202X}(源代码),\url{https://github.com/CoLM-SYSU/CoLM-doc}(科学与技术报告)和~\url{https://github.com/CoLM-SYSU/}(用户手册)。
CoLM由中山大学大气科学学院戴永久研究团队开发和维护。CoLM属于开源系统,我们欢迎任何个人或实体均可在任何目的下无需支付任何费用下载和使用。最新的模式程序和文档可以通过以下网址获取:~\url{https://github.com/CoLM-SYSU/CoLM202X}(源代码),\url{https://github.com/CoLM-SYSU/CoLM-doc}(科学与技术报告)和~\url{https://github.com/CoLM-SYSU/CoLM-UsersGuide}(用户手册)。
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