發(fā)布時間：2020-11-19 12:53

　　 陸面和大氣之間不斷進行著物質和能量的交換,是一個相互作用的耦合系統(tǒng),土壤濕度對天氣/氣候的影響是陸-氣耦合研究中的重要內容。本文利用ERA-Interim再分析數據集和 GLDAS 2.0(Global Land Data Assimilation System V2.0)同化數據集中所提供的土壤濕度資料,首先分析了中國東部地區(qū)陸-氣耦合的關鍵區(qū)的空間分布和季節(jié)演變,其次討論了不同關鍵區(qū)中土壤濕度分別對局地溫度及非局地降水的影響及機制,最后探討了土壤濕度對西南地區(qū)持續(xù)性干旱的指示意義。本文的主要分析結果如下:(1)土壤濕度影響蒸散發(fā)進而引起地表溫度異常是陸-氣耦合中的重要組成部分,通過分析土壤濕度與蒸散發(fā)以及地表溫度與蒸散發(fā)之間的關系,發(fā)現中國東部地區(qū)陸-氣耦合的關鍵區(qū)主要依賴土壤濕度和地表溫度的氣候狀態(tài),存在空間變化和季節(jié)演變。在華北地區(qū),土壤濕度在年內維持在較低的水平,僅在較為溫暖的月份才有足夠的能量將土壤中的水分蒸發(fā)至大氣,因此陸-氣耦合強度隨著溫度的季節(jié)變化而發(fā)生改變,夏季最強。在西南地區(qū),土壤濕潤,溫度較高,但在旱季的時候土壤濕度顯著下降,春季達到最低,因此春季表現為較強的陸氣耦合。(2)定量化地分析了華北地區(qū)夏季土壤濕度對局地熱力狀態(tài)所造成的反饋。本文的研究結果發(fā)現隨著華北地區(qū)年代際增暖,土壤濕度呈現下降趨勢,導致土壤濕度對局地熱力狀態(tài)和極端高溫事件的負反饋能力得到加強。在1961-2012年間,該地區(qū)土壤濕度的反饋貢獻占氣溫變化的6%,而在1994-2012年,華北增溫后,反饋貢獻達到36%。土壤濕度對平均氣溫的反饋主要反映在對日最高氣溫的影響,同時在增溫后也有所加強。進一步也說明土壤濕度對極端高溫事件的增加也起到很大的貢獻。分析表明,土壤濕度引起的地表熱量通量(潛熱和感熱)的異常變化是引起局地熱力反饋的重要原因。此外,隨著土壤濕度的下降,潛熱表現出明顯的減少趨勢,因此使得更多的能量分配給感熱,波文比在90年代以后迅速增加,陸面加熱大氣的能力加強,導致夏季華北地區(qū)夏季局地土壤濕度的熱力反饋出現年代際增強。(3)土壤濕度對非局地降水的影響是陸-氣耦合研究的重要方面。通過對土壤濕度同化資料及觀測降水資料的分析發(fā)現,我國西南地區(qū)春季土壤濕度與東部地區(qū)夏季降水在過去的52年間(1961-2012)有著顯著的相關關系,西南地區(qū)土壤偏干,則長江中下游地區(qū)降水偏多,反之偏少。更值得注意的是,兩者的反相關關系在20世紀90年代初發(fā)生了年代際變化,1990年前的相關顯著,而近20多年間明顯減弱甚至消失。進一步分析表明其間可能存在的過程及機制如下:西南地區(qū)春季偏干(濕)的土壤條件,使得地表異常增(降)溫,加熱(冷卻)大氣,抬升(降低)局地位勢高度,對西太平洋副熱帶高壓(簡稱副高)產生吸引(排斥)的作用,使其夏季西伸(東退)發(fā)展,不利于(有利于)我國夏季風進一步向北方地區(qū)輸送水汽,從而使得長江中下游地區(qū)降水偏多(少)。近年來,由于全球變暖等原因,大尺度環(huán)流背景發(fā)生了巨大改變,副高明顯加強西伸,對我國氣候變化造成了一定的影響。相應地,西南地區(qū)陸-氣耦合強度下降,因此對環(huán)流系統(tǒng)的影響能力下降,最終導致近20年左右該地區(qū)土壤濕度與東部地區(qū)夏季降水異常的聯系減弱甚至消失。(4)近十年來,西南地區(qū)出現了幾次強度高、時間長的干旱事件,造成了巨大的社會經濟損失。土壤濕度是直接的干旱指數,同時也在天氣/氣候預測中起著重要作用。因此對該地區(qū)土壤濕度的一般特征分析有利于干旱的研究和預測。研究發(fā)現,土壤濕度的異常持續(xù)能力具有較強的季節(jié)依賴性,秋季最強。另外,分析表明土壤濕度在秋季具有年代際下降的趨勢,相應地,秋季土壤濕度異常持續(xù)時間也從突變前的3個月延長至近年來的6個月。進一步利用不同時間尺度的標準化降水蒸散發(fā)指數(SPEI)來表示不同季節(jié)的干旱事件發(fā)生的情況,與土壤濕度進行對比,兩者的年際變化相對一致,也從一定程度上表明,土壤濕度對西南地區(qū)干旱事件,尤其是對于秋季開始的跨季節(jié)持續(xù)性干旱事件有較好的指示意義。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S152.71
【部分圖文】：

Ｎｏｂｒｅｅｔａｌ．?１９９１），它是陸地表面水循環(huán)的緩沖儲水器，也是大氣的下邊界條件，并且能??夠在感熱和潛熱通量間進行調控，從而控制地表熱通量，因此土壤濕度對天氣和氣候變??化具有十分重要的影響（圖１．２）。由于其觀測資料的缺乏，早期的研宄主要采用模式進??行數值試驗來完成。??３??

第？章緒論??布十分不均。全球能量和水循環(huán)計劃（ＧＥＷＥＸ）支持的ＧＬＡＣＥ第一次提供了多個全??球大氣環(huán)流模式（ＡＧＣＭ）平均的夏季土壤濕度－降水耦合“熱點”分布圖（圖１．３；?Ｋｏｓｔｅｒ??ｅｔａｌ．２００４）。這些關鍵區(qū)的位置主要呈現在干－濕氣候過渡帶地區(qū)，包括美國中部、非洲??薩赫勒和印度半島等地區(qū)。但是每個單獨的模式都給出了明顯不同的陸－氣耦合強度分??布，表明了土壤濕度反饋的研究也存在很大的不確定性。大量的研究也進一步證實了土??壤濕度的反饋作用主要集中于干－濕氣候條件過渡的地帶（Ｗｅｉ?ｅｔ?ａｌ．?２００８：?Ｄｉｒｍｙｅｒ?２０１１；??Ｈｕａｅｔａｌ．?２０１３）。究其原因是因為土壤濕度與蒸散發(fā)的關系并不是簡單的線性關系（圖??１．４）。在十分濕潤的氣候條件卜＿，?土壤中的水分能夠允分滿足或者超過地面蒸發(fā)及植被??需求，則土壤濕度對蒸散發(fā)并沒有很強的約束力，相反，ＫＴ能還會受到蒸散發(fā)的影響，??因此這種情況下蒸散發(fā)作用受到能量的限制（ｅｎｅｒｇｙ－ｌｉｍｉｔｅｄ）；另－方面，如果氣候條件??十分千燥，丨：壤甚至可能沙化，蒸散發(fā)也基本停滯，土壤中的水分變化也不會對其造成??明站改變。只有在干－濕過渡的氣候條件下，土壤濕度才會體現出對蒸散發(fā)的控制作用，??從而進一步起到調節(jié)熱力狀況、影響大氣環(huán)流等作用（Ｓｅｎｅｖｉｒａｔｎｅｅｔａｌ．?２０１０；Ｂｅｌｌｕｃｃｉｅｔ??ａｌ．?２０１５）

第？章緒論??布十分不均。全球能量和水循環(huán)計劃（ＧＥＷＥＸ）支持的ＧＬＡＣＥ第一次提供了多個全??球大氣環(huán)流模式（ＡＧＣＭ）平均的夏季土壤濕度－降水耦合“熱點”分布圖（圖１．３；?Ｋｏｓｔｅｒ??ｅｔａｌ．２００４）。這些關鍵區(qū)的位置主要呈現在干－濕氣候過渡帶地區(qū)，包括美國中部、非洲??薩赫勒和印度半島等地區(qū)。但是每個單獨的模式都給出了明顯不同的陸－氣耦合強度分??布，表明了土壤濕度反饋的研究也存在很大的不確定性。大量的研究也進一步證實了土??壤濕度的反饋作用主要集中于干－濕氣候條件過渡的地帶（Ｗｅｉ?ｅｔ?ａｌ．?２００８：?Ｄｉｒｍｙｅｒ?２０１１；??Ｈｕａｅｔａｌ．?２０１３）。究其原因是因為土壤濕度與蒸散發(fā)的關系并不是簡單的線性關系（圖??１．４）。在十分濕潤的氣候條件卜＿，?土壤中的水分能夠允分滿足或者超過地面蒸發(fā)及植被??需求，則土壤濕度對蒸散發(fā)并沒有很強的約束力，相反，ＫＴ能還會受到蒸散發(fā)的影響，??因此這種情況下蒸散發(fā)作用受到能量的限制（ｅｎｅｒｇｙ－ｌｉｍｉｔｅｄ）；另－方面，如果氣候條件??十分千燥，丨：壤甚至可能沙化，蒸散發(fā)也基本停滯，土壤中的水分變化也不會對其造成??明站改變。只有在干－濕過渡的氣候條件下，土壤濕度才會體現出對蒸散發(fā)的控制作用，??從而進一步起到調節(jié)熱力狀況、影響大氣環(huán)流等作用（Ｓｅｎｅｖｉｒａｔｎｅｅｔａｌ．?２０１０；Ｂｅｌｌｕｃｃｉｅｔ??ａｌ．?２０１５）
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本文編號：2890035