Sensitivity Tests with a Biosphere Model Based on BATS, Suitable for Coupling with a Simple Climatic Model

Abstract

A biosphere model based on the Biosphere Atmosphere Transfer Scheme (BATS) suitable for coupling with a simple climate model is described. In this model the equations of BATS are adapted to the energy flux formulations of the statistical-dynamical model developed by Franchito & Rao (Climatic Change, 22:1-34; 1992). In this work the land surface model was run to perfom sensitivity tests regarding the behaviour of the model variables with respect to prescribed model parameters and contrasting vegetation types, such as evergreen broadleaf forest and short grass. The results show that the soil surface temperature increases with the decrease of the fractional area of vegetation cover due to the lower surface solar radiation flux absorption in both types of vegetation. As the water interception increases the wet foliage air layer prevents the evaporation of the soil water, so that there is an increase of the ground surface temperature. The surface temperature is lower in the forest than in the case of short grass due to the surface roughness effect. In the case of dry soil the available energy increases with the increase of the fractional area of vegetation cover because the latent heat flux increases quickly and the sensible heat flux decreases slowly. In the situation of fully wet soil the available energy dependence on the interception is reduced due to the effect of water evaporation at the ground surface that increases the latent heat flux, even if the interception is small or nil. A factorzis inserted in the expression that gives the fractional area of the leaf canopy cover by water in order to take into account the effect of the part of vegetation predominantly porous. The lower values ofzgive better results regarding the component terms of the evapotranspiration. However, the total flux of water vapor to atmosphere does not change withz. Sensitivity tests are made with respect to the factor Y introduced in the expression of the water vapor flux to the atmosphere in order to adjust the partitioning of the available energy into latent and sensible heat. The results show that the latent (sensible) heat increases (decreases) with the increase in Y. Although the variation of Y modifies the BowenÂ’s ratio there is no change of the evapotranspiration partitioning into its components.

Keywords :Biosphere model based on BATS; Statistical-dynamical model; Sensitivity tests with a biosphere model.

TESTES DE SENSIBILIDADE COM UM MODELO DE BIOSFERA BASEADO NO ESQUEMA BATS, ÚTIL PARA SER ACOPLADO A UM MODELO CLIMÃTICO SIMPLES

Um modelo de biosfera baseado no esquema BATS (Biosphere Atmosphere Transfer Scheme) útil para ser acoplado a um modelo climático simples é descrito. Neste modelo as equações do esquema BATS são adaptadas às formulações dos fluxos de energia do modelo estatístico-dinâmico desenvolvido por Franchito & Rao (Climatic Change, 22: 1-34; 1992). Neste trabalho, o modelo de processos de superfície foi rodado para realizar testes de sensibilidade referentes ao comportamento das variáveis do modelo com respeito a parâmetros prescritos e tipos de vegetação contrastantes, tais como floresta perenifólia e gramíneas. Os resultados mostraram que a temperatura da superfície do solo aumenta com o decréscimo da fração da cobertura vegetal devido à menor absorção do fluxo de radiação solar na superfície em ambos os tipos de vegetação. À medida que a interceptação aumenta a camada de ar na folhagem úmida impede a evaporação de água no solo, de forma que há um aumento da temperatura da superfície do solo. A temperatura da superficie é menor sob a floresta perenifólia do que sob gramíneas baixas devido ao efeito da rugosidade da superfície. No caso de solo seco a energia disponível aumenta quanto maior for a fração de cobertura vegetal pois o fluxo de calor latente aumenta rapidamente enquanto que o fluxo de calor sensível reduz-se mais lentamente. Na situação de solo plenamente abastecido de água, a dependência da energia disponível em relação à interceptação diminui devido ao efeito da evaporação de água à superfície do solo, a qual aumenta o fluxo de calor latente mesmo que a interceptação é pequena ou nula. Um fatorz foi inserido na expressão referente à fração da folhagem coberta pela água interceptada para levar em conta o efeito da parte da vegetação predominantemente porosa. Melhores resultados dos cálculos dos termos componentes da evapotranspiração foram obtidos com menores valores dez. Contudo, o fluxo total de vapor dÂ’água para a atmosfera não se altera comz. Foram realizados testes de sensibilidade com respeito ao fator Y, introduzido na expressão do fluxo de vapor dÂ’água para a atmosfera para ajustar a partição da energia disponível em calor sensível e latente. Os resultados mostraram que o fluxo de calor latente (sensível) aumenta (decresce) quanto maior for Y. Embora a variação de Y modifica a razão de Bowen, não há alteração na partição da evapotranspiração em seus termos componentes.

Keywords :Modelo de biosfera baseado no esquema BATS;Modelo estatístico-dinâmico;Testes de sensibilidade com um modelo de biosfera.

DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-261X1998000200007