陆面及水文模式用来模拟发生在陆地表面(包括河流和湖泊)和土壤中控制地气之间热量、水分、物质及动量交换的相关过程。主要包括：(1)热力过程，包括大气、植被和土壤表面见的辐射传输以及感热和潜热交换过程、土壤的热传导和空隙中的热输送过程;(2)水文过程：包括降水、地面蒸发、植被蒸腾、地表径流、地下水流动等;(3)陆地表面上的动量交换，如地面对风的摩擦、植被、建筑等对风的阻挡等;(4)地表与大气间除水汽外的物质交换，如温室气体、气溶胶等的向上输送和大气悬浮物的沉降等。

中心成员发展了新一代陆面-水文耦合模型，该模型在同一网格上集成了陆面模型LSX和分布式水文模型HMS的物理模块，主要包括植被模块、积雪模块、河流模块、土壤模块以及地下水模块(图1)。基于该模型发展了考虑网格坡度影响的地表直接产流方案，其中地表直接产流量的大小与坡度成正比，而坡度包含网格内坡度及网格间的坡度，提高了模式对洪水期间河道流量的模拟能力;并在该陆面水文耦合模式中引入了考虑工程拦蓄系数和用水回归系数等人类工程影响的参数化方案。

　　图1陆面水文耦合模式框架结构图

鉴于城市化过程对区域乃至全球天气气候中的重要影响，城市冠层模式已成为地球系统模式的重要部分。中心成员利用北京325m大塔的全年梯度观测资料，探讨了城市下垫面粗糙度与冠层形态学特征的对应关系，揭示了城市下垫面粗糙元的空间差异性对粗糙度的直接影响，进而提出一个适用于城市冠层过程研究的、基于城市建筑形态特征的地表粗糙度参数化方案。基于新方案得到的城市下垫面动力学粗糙度与观测的偏差显著减小，更适合于城市下垫面。与气象模式的耦合模拟表明，该参数化方案可以显著提高模式对城市气象环境的模拟能力(图2)。

　　图2北京大塔周边不同分区的地表粗糙度(Z0)的分布结果，上图为Z0/h随不同正面积指数的变化，下图为新旧方案计算的结果与观测间的偏差。其中SY08-N代表改进后的地表粗糙度参数化方案计算的结果，SY08代表改进前方案计算的结果。