干旱半干旱區(qū)下墊面參數變化對東亞氣候的敏感性研究

干旱半干旱區(qū)下墊面參數變化對東亞氣候的敏感性研究干旱區(qū)占陸地面積比例約40%,其地表特征多樣、生態(tài)脆弱,受人類活動影響較大,下墊面陸氣相互作用過程較復雜,對局地氣候乃至全球大氣環(huán)流系統(tǒng)的形成、發(fā)展具有較大影響。近地層能量不閉合問題,即近地層可利用能量高出測量得到的湍流通量,對下墊面和近地層之間的能量分配產生不確定影響,增加了干旱區(qū)地氣相互作用過程模擬研究的復雜性,也使未考慮能量閉合度的陸面過程參數化方案不能夠準確描述地氣相互作用過程,受此影響,局地大氣形勢及大尺度環(huán)流形勢的預測模擬過程與實際會不斷產生偏差,使氣候中長期模擬累積誤差增大。為研究干旱區(qū)不同能量閉合度情形對中長期氣候數值模擬所產生的影響,基于前人對能量閉合的研究基礎,在區(qū)域氣候模式中分別引入閉合和未閉合情形下干旱區(qū)下墊面湍流輸送參數化方案,展開不同能量閉合度情形下地氣相互作用的氣候敏感性研究,揭示干旱區(qū)地氣相互作用過程對東亞季風環(huán)流形勢發(fā)展的推動作用,探究干旱區(qū)陸面過程變化對氣候變化的貢獻情況。地氣相互作用過程受人類活動影響較大,例如干旱區(qū)農業(yè)種植大面積推廣地膜覆蓋栽培,而地膜覆蓋農田會抑制土壤水分蒸發(fā),改變下墊面向大氣的水熱傳輸過程。本文結合地膜農田下墊面陸氣相互作用過程的研究資料,在RegCM4數值模型中構建簡易地膜覆蓋農田數值模型計算方案,引入地膜農田下墊面土地使用類型,探究在干旱區(qū)大范圍農田鋪設地膜和不鋪設地膜情形下,地氣相互作用過程的變化,對局地氣候以及東亞季風區(qū)大氣環(huán)流形勢所產生的影響,了解農業(yè)生產活動中地膜種植對氣候變化的影響。本文主要結論如下:(1)干旱區(qū)不同能量閉合度氣候數值試驗結果顯示,依據能量閉合理論修正的湍流輸送方案,使近地面大氣從下墊面獲得的能量增多,氣流上升過程增強,增加的能量隨大氣運動輸送到整層大氣。從對流層下層到中上層,干旱區(qū)上空大氣位勢高度增加、氣流輻散增強,對東亞季風氣流的北推過程產生一定的擾動作用,表明能量閉合度問題研究對改進氣候模擬預測具有很大意義。(2)地膜方案數值模擬結果顯示,該計算方案能夠較準確模擬出:地膜覆蓋的農田阻擋土壤向大氣潛熱輸送,增強了地表感熱輸送,使近地面大氣溫度升高——這一系列地氣相互作用過程?；诘啬し桨傅倪@一動力機制過程,對局地對流性天氣過程的發(fā)生、發(fā)展產生直接影響。首先,地膜對大氣的加熱效果促進了對流性天氣的形成和發(fā)展;其次,地膜阻擋土壤水分向大氣輸送,使對流性降水過程的水汽供應減少,抑制了降水的發(fā)生。(3)大面積農田覆蓋地膜對下層大氣的加熱效果明顯,使對流層下層氣流上升過程增強、氣旋性環(huán)流特征增強,而氣流上升過程中,溫度降低,降到露點溫度之后發(fā)生凝結,由于下墊面的水汽輸送減少,凝結潛熱釋放減少,氣流抬升動力減弱,在對流層中上層氣流開始輻散,使對流層中上層氣流呈反氣旋環(huán)流特征。(4)由于大范圍地膜覆蓋農田促使局地氣流抬升、加強對流層下層氣旋性環(huán)流,使局地氣壓得到減弱,對西太平洋副熱帶高壓向西北方向推進產生擾動作用,對我國夏季降水偏移產生一定影響。本試驗為理想情況下,地膜面積比