The impacts of surface heterogeneity and land surface parameterization on the mesoscale processes were studied. Experiments were conducted using the Weather Research and Forecasting (WRF) model coupled with a simple (slab) land surface model (LSM), a relatively complex Noah LSM, and a land data assimilation system (LDAS) with detailed surface fields. Three heterogeneity length scales: 1, 3, and 9 km, were employed to alter land cover and land use. A series of simulations were performed over the U.S. Southern Great Plains during the summer when the soil moisture was abundant. Results indicate that both the land surface parameterizations and fine-scale surface heterogeneity affect the model simulations; and the impact of land surface parameterization is found to be more important, particularly for low frequency ( $$f<{10}^{-4} \mathrm{hz}$$ f < 10 - 4 hz ) eddies and mesoscale circulations. Substantial variations in turbulent spectra were also noted, and the energy spectra respond nonlinearly to the changes in the heterogeneous length scales. Three important conclusions emerge: (i) more detailed land surface representation reduces uncertainty in simulations of surface fluxes via improved turbulence characterization over a heterogeneous land surface, which helps improve simulations of land–atmosphere feedbacks; (ii) the impact of land surface heterogeneity on atmospheric feedbacks can be detected in the mesoscale circulations that are roughly four times of the spatial heterogeneity scale ; and (iii) the land surface heterogeneity that can influence mesoscale circulations would be a function of grid spacing in the model.

中文翻译：

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土地覆盖异质性和地表参数化对湍流特征和中尺度模拟的影响

研究了地表异质性和地表参数化对中尺度过程的影响。实验是使用天气研究和预报 (WRF) 模型结合简单（平板）地表模型 (LSM)、相对复杂的诺亚 LSM 和具有详细表面场的土地数据同化系统 (LDAS) 进行的。三个异质长度尺度：1、3 和 9 公里，用于改变土地覆盖和土地利用。在土壤水分充足的夏季，在美国南部大平原上进行了一系列模拟。结果表明，地表参数化和细尺度地表非均质性都会影响模型模拟；并且发现地表参数化的影响更为重要，特别是对于低频（ $$f<{10}^{-4} \mathrm{hz}$$ f < 10 - 4 hz ) 涡流和中尺度环流。还注意到湍流光谱的显着变化，并且能谱对异质长度尺度的变化呈非线性响应。出现了三个重要的结论：(i) 更详细的地表表示通过改进异质地表的湍流表征降低了地表通量模拟的不确定性，这有助于改进陆地 - 大气反馈的模拟；(ii) 在大约为空间异质性尺度四倍的中尺度环流中可以检测到地表异质性对大气反馈的影响；(iii) 可以影响中尺度环流的地表异质性将是模型中网格间距的函数。还注意到湍流光谱的显着变化，并且能谱对异质长度尺度的变化呈非线性响应。出现了三个重要的结论：(i) 更详细的地表表示通过改进异质地表的湍流表征降低了地表通量模拟的不确定性，这有助于改进陆地 - 大气反馈的模拟；(ii) 在大约为空间异质性尺度四倍的中尺度环流中可以检测到地表异质性对大气反馈的影响；(iii) 可以影响中尺度环流的地表异质性将是模型中网格间距的函数。还注意到湍流光谱的显着变化，并且能谱对异质长度尺度的变化呈非线性响应。出现了三个重要的结论：(i) 更详细的地表表示通过改进异质地表的湍流表征降低了地表通量模拟的不确定性，这有助于改进陆地 - 大气反馈的模拟；(ii) 在大约为空间异质性尺度四倍的中尺度环流中可以检测到地表异质性对大气反馈的影响；(iii) 可以影响中尺度环流的地表异质性将是模型中网格间距的函数。并且能谱对异质长度尺度的变化呈非线性响应。出现了三个重要的结论：(i) 更详细的地表表示通过改进异质地表的湍流表征降低了地表通量模拟的不确定性，这有助于改进陆地 - 大气反馈的模拟；(ii) 在大约为空间异质性尺度四倍的中尺度环流中可以检测到地表异质性对大气反馈的影响；(iii) 可以影响中尺度环流的地表异质性将是模型中网格间距的函数。并且能谱对异质长度尺度的变化呈非线性响应。出现了三个重要的结论：(i) 更详细的地表表示通过改进异质地表的湍流表征降低了地表通量模拟的不确定性，这有助于改进陆地 - 大气反馈的模拟；(ii) 在大约为空间异质性尺度四倍的中尺度环流中可以检测到地表异质性对大气反馈的影响；(iii) 可以影响中尺度环流的地表异质性将是模型中网格间距的函数。(i) 更详细的陆地表面表示通过改进异质陆地表面的湍流特征来降低表面通量模拟的不确定性，这有助于改进陆地 - 大气反馈的模拟；(ii) 在大约为空间异质性尺度四倍的中尺度环流中可以检测到地表异质性对大气反馈的影响；(iii) 可以影响中尺度环流的地表异质性将是模型中网格间距的函数。(i) 更详细的陆地表面表示通过改进异质陆地表面的湍流特征来降低表面通量模拟的不确定性，这有助于改进陆地 - 大气反馈的模拟；(ii) 在大约为空间异质性尺度四倍的中尺度环流中可以检测到地表异质性对大气反馈的影响；(iii) 可以影响中尺度环流的地表异质性将是模型中网格间距的函数。