干旱半干旱區(qū)下墊面參數(shù)變化對(duì)東亞氣候的敏感性研究

干旱半干旱區(qū)下墊面參數(shù)變化對(duì)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(dòng)影響較大,下墊面陸氣相互作用過程較復(fù)雜,對(duì)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(cè)量得到的湍流通量,對(duì)下墊面和近地層之間的能量分配產(chǎn)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(fù)雜性,也使未考慮能量閉合度的陸面過程參數(shù)化方案不能夠準(zhǔn)確描述地氣相互作用過程,受此影響,局地大氣形勢(shì)及大尺度環(huán)流形勢(shì)的預(yù)測(cè)模擬過程與實(shí)際會(huì)不斷產(chǎn)生偏差,使氣候中長(zhǎng)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(duì)中長(zhǎng)期氣候數(shù)值模擬所產(chǎn)生的影響,基于前人對(duì)能量閉合的研究基礎(chǔ),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(shù)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(duì)東亞季風(fēng)環(huán)流形勢(shì)發(fā)展的推動(dòng)作用,探究干旱區(qū)陸面過程變化對(duì)氣候變化的貢獻(xiàn)情況。地氣相互作用過程受人類活動(dòng)影響較大,例如干旱區(qū)農(nóng)業(yè)種植大面積推廣地膜覆蓋栽培,而地膜覆蓋農(nóng)田會(huì)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(jié)合地膜農(nóng)田下墊面陸氣相互作用過程的研究資料,在RegCM4數(shù)值模型中構(gòu)建簡(jiǎn)易地膜覆蓋農(nóng)田數(shù)值模型計(jì)算方案,引入地膜農(nóng)田下墊面土地使用類型,探究在干旱區(qū)大范圍農(nóng)田鋪設(shè)地膜和不鋪設(shè)地膜情形下,地氣相互作用過程的變化,對(duì)局地氣候以及東亞季風(fēng)區(qū)大氣環(huán)流形勢(shì)所產(chǎn)生的影響,了解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中地膜種植對(duì)氣候變化的影響。本文主要結(jié)論如下:(1)干旱區(qū)不同能量閉合度氣候數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果顯示,依據(jù)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(qiáng),增加的能量隨大氣運(yùn)動(dòng)輸送到整層大氣。從對(duì)流層下層到中上層,干旱區(qū)上空大氣位勢(shì)高度增加、氣流輻散增強(qiáng),對(duì)東亞季風(fēng)氣流的北推過程產(chǎn)生一定的擾動(dòng)作用,表明能量閉合度問題研究對(duì)改進(jìn)氣候模擬預(yù)測(cè)具有很大意義。(2)地膜方案數(shù)值模擬結(jié)果顯示,該計(jì)算方案能夠較準(zhǔn)確模擬出:地膜覆蓋的農(nóng)田阻擋土壤向大氣潛熱輸送,增強(qiáng)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(dòng)力機(jī)制過程,對(duì)局地對(duì)流性天氣過程的發(fā)生、發(fā)展產(chǎn)生直接影響。首先,地膜對(duì)大氣的加熱效果促進(jìn)了對(duì)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(duì)流性降水過程的水汽供應(yīng)減少,抑制了降水的發(fā)生。(3)大面積農(nóng)田覆蓋地膜對(duì)下層大氣的加熱效果明顯,使對(duì)流層下層氣流上升過程增強(qiáng)、氣旋性環(huán)流特征增強(qiáng),而氣流上升過程中,溫度降低,降到露點(diǎn)溫度之后發(fā)生凝結(jié),由于下墊面的水汽輸送減少,凝結(jié)潛熱釋放減少,氣流抬升動(dòng)力減弱,在對(duì)流層中上層氣流開始輻散,使對(duì)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(nóng)田促使局地氣流抬升、加強(qiáng)對(duì)流層下層氣旋性環(huán)流,使局地氣壓得到減弱,對(duì)西太平洋副熱帶高壓向西北方向推進(jìn)產(chǎn)生擾動(dòng)作用,對(duì)我國(guó)夏季降水偏移產(chǎn)生一定影響。本試驗(yàn)為理想情況下,地膜面積比