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大尺度土地利用变化影响东亚地表能量平衡、水分循环和区域气候的敏感性试验

李婧华  
【摘要】:本文利用NCAR发展的陆面模式CLM4.0和大气环流模式CAM4.0,分别对潜在植被覆盖和当代植被覆盖情形下,设计了不同的敏感性试验。通过试验结果的对比分析,探讨了土地利用变化对东亚地表能量平衡、水分循环和区域气候的可能影响。主要结论如下: (1)不同下垫面之间叶面积指数和地表反照率差异显著,造成对各辐射通量的影响不同。太阳短波辐射是净辐射变化的主导因子。各下垫面类型的净短波辐射在冬季最小,在夏季最大。裸土和草地的净长波辐射最大值出现在夏季,而森林和农田则出现在冬季。草地的净辐射月波动范围最大。各下垫面类型下感热通量逐月变化与短波辐射逐月变化对应良好。潜热通量的大小排序依次为森林、农田、草地和裸土,而月波动幅度最大的是农田。在夏季,农田和森林的潜热通量的峰值大于感热通量。森林和农田的蒸腾作用逐月变化显著,且蒸腾量随着植被生长逐渐增大,草地的蒸腾作用很微弱。各下垫面下的蒸散月变化与潜热通量变化一致。表层土壤湿度的变化明显分成两类,农田和森林的表层土壤湿度显著的大于草地和裸土,月波动幅度最大的是草地。 (2)以农田增加,森林砍伐为主要特征的当代土地利用变化,造成全球净短波辐射总体减小,其变化区域与地表反照率发生改变的区域对应良好。当地表反照率增大(减小)时,达到地面的太阳短波辐射减小(增大),导致感热通量减小(增大)。土地利用变化对全球蒸散变化年平均影响不显著。但土地利用变化对区域尺度气候变化的影响不容忽视,并且不同空间的土地利用变化,其气候效应存在差异。在东亚地区和北美地区主要是通过地表反照率来影响能量平衡的收支。而印度地区和南美中东部地区,土地利用变化对能量平衡和水分循环的影响有旱季和雨季之分。在旱季,能量平衡的变化主要是由于地表反照率增大造成净短波辐射和地表感热通量减小;在雨季,由于大面积森林砍伐造成植被蒸腾作用减小,地表蒸散减小,潜热通量也相应减小。 (3)东亚地区以森林退化、农田迅速增加为主的当代土地利用变化,显著改变地表属性,使得东亚地区不同季节的地表反照率均明显增加,并显著改变东亚地区的冬、春季节的地表能量和水分循环。此外,当代大尺度土地利用变化对东亚地区大气环流也有一定影响,可以引起东亚冬季风环流显著加强和夏季东亚地区较弱的偏南风异常。当代土地利用变化未能引起东亚地区近地面气温的显著变化,但可引起东亚北(南)部地区春季降水的显著增加(减小)。


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