青藏高原土壤湿度对中国夏季降水与气温影响的敏感试验
沈丹 王磊
【摘 要】摘要：青藏高原为全球气候变化中的敏感区域。利用WRF3.5.1中尺度模式，选取青藏高原为关键区域，设计干、湿土壤湿度两组敏感试验，以探讨青藏高原土壤湿度异常对中国夏季短期区域气候产生的可能影响。结果表明：模式模拟的短期区域气候对土壤湿度十分敏感，湿土壤导致东北、内蒙古东北部以及华东地区降水增多，与此同时，全国大部分地区气温下降，且各地区表现较一致；干土壤导致西北、华北、华中以及西南除四川西部以外的地区降水减小，全国气温除华中地区以外，普遍升高。湿土壤对降水主要表现为正反馈作用，对气温表现为负反馈作用。干土壤则反之。 【期刊名称】气象科技 【年(卷),期】2015(043)006 【总页数】10
【关键词】土壤湿度;降水;气温;数值模拟
引言
近年来，地气相互作用的研究越来越受到国内外专家、学者的重视。陆面作为气候系统的重要组成部分，对大气和气候变化的影响显著，土壤湿度作为陆面过程的重要参量，通过改变地表反照率、热容量和向大气输送的感热、潜热等途径影响气候，被认为是陆面过程中重要的物理量之一[1]。Namias[2-3]曾最早发现土壤湿度的季节性异常对大气的季节变化具有重要作用。Shukla[4-5]利用数值模式研究表明了干、湿土壤对后期降水和气温有重要影响，并且土壤湿度是影响气候变化的仅次于海表温度的第二大因子，而在中高纬，对气候的影
响甚至与海洋相当。Yeh[6]等的研究表明，不同纬度带的土壤湿度对后期降水和气温影响的时间尺度不同，它们不仅对本地区的大气状态有着极大的影响，而且影响到了全球范围的大气环流和气候。Seneviratne[7]等从土壤湿度与气候反馈的角度出发，证明了土壤湿度在气温变率的变化中所起的作用。此外，国内也有大量气象学家研究了土壤湿度与气候变化之间的关系，王万秋等[8]利用数值模拟试验发现，土壤湿度增加能够使后期降水增加，温度降低。刘永强等[9]指出，土壤湿度变化在短期气候异常的持续过程中起着主导作用。马柱国等[10]的研究表明，无论是超前还是滞后，表层土壤湿度对气温和降水都有重要影响。戴长勇，左志燕[11]利用中国东部站点反演的土壤湿度资料以及台站的气温、降水资料，分析了我国东部不同区域前冬、春土壤湿度异常与夏季气候的关系。另外，也有不少研究表明，土壤湿度异常与我国的降水关系十分密切[12-14]。张文君[15-16]等研究了中国土壤湿度的分布和变化特征，并指出尽管数值模拟是研究土壤湿度对气候影响的重要工具，但目前模式对东亚地区的模拟能力还有待提高。陈海山[17]等研究了土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响，指出土壤湿度对极端气候指标的多年平均空间分布、年际变率以及年际变化均有重要影响。
青藏高原被誉为世界“第3极”，面积2500000 km2，平均海拔在4500 m以上，在特异的地理环境和气候条件下，形成了独具特色的生态格局，是中国、东南亚和南亚地区主要江河的发源地和上游流经地区，素有“江河源”、“生态源”之称，其大地形的动力和热力作用对中国乃至全球的气候和生态环境有显著的影响，为全球气候变暖中的敏感区域[18-22]。研究青藏高原土壤湿度对中国短期气候的影响，可加深土壤湿度这一关键变量在调节水循环方面所起作
用的理解，对天气和气候预测、水资源管理、农牧业生产规划、灾害预警等工作都至关重要。本研究重点采用WRF模式，设计土壤湿度敏感试验，研究该地区土壤湿度对区域短期气候的作用和影响，为当地乃至全国区域气候预测提供参考。
1 模式介绍和试验设计
1.1 模式介绍
WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式是多个美国科研机构及气象界众多科学家共同开发的新一代同化系统和中尺度预报模式。该模式包含了如近地面层、陆面过程、边界层、长短波辐射、微物理过程等众多物理参数化方案[27-32]，在国内已有广泛的应用[33-34]。本研究中模式参数化方案见表1，模拟区域涵盖整个中国区域，模拟区域的中心为(37°N, 103°E)，模式水平分辨率为30 km，南北格点数为186，东西格点数为145。由NCEP Final Operational Global Analysis 全球再分析资料(FNL)提供了模式的初始驱动场，空间分辨率为1.0°×1.0°，时间分辨率为6 h(00：00、06：00、12：00和18：00UTC)，WRF模式的模拟区域与地形高度如图1(彩页)所示。 1.2 试验方案设计
本文利用WRF模式设计了两组数值试验，①控制试验：初始值和边界值由NCEP的1°×1°格点，6 h一次FNL数据插值生成。模式有效积分时间从2011年6月1日00:00至9月1日00:00，5月30日和31日为模式的spin-up时间。②敏感试验：本研究选取青藏高原(26°～39°N，73° ～104°E)为关键区域，敏感试验中将模式初始时刻土壤湿度改为异常值进行强迫，在湿土壤中，试验区域土壤湿度比原始值扩大50%，在干土壤中，该区域土壤湿度减小到原
青藏高原土壤湿度对中国夏季降水与气温影响的敏感试验
