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植被分布特征受气候条件的影响,作为全球及区域气候变化的重要影响因素之一,其变化也会通过改变土壤湿度、地表反照率、地表蒸发和地表温度等对气候产生影响。受全球变暖影响,青藏高原地区植被覆盖率呈总体上升趋势,但局部也出现了下降趋势。高原作为气候变化的敏感区和生态脆弱区,其植被的这种变化又会对区域气候产生怎样的影响?基于此本文主要研究高原植被变化对我国东部夏季降水的影响,工作分为3个组成部分:(1)利用耦合了CLM3.5的区域气候模式RegCM4.1.1,选择季风正常年(2000年)、季风偏弱年(2003年)和季风偏强年(2004年)进行模拟,对模式提供的Kuo,Grell和Emanuel三种积云参数化方案在我国的适用性进行检验;(2)选择降水模拟效果最好的Emanuel方案进一步对2000-2009年5-8月进行模拟,检验模式对东亚夏季风及夏季降水的模拟性能;(3)在前面工作的基础上,分别设计了高原植被改善和植被退化的敏感性试验,研究高原植被变化对我国东部夏季降水的影响。得出以下主要结论:
1.从三种积云参数化方案结果的比较来看,Emanuel参数化方案模拟的降水较其他方案整体偏多。尽管和其他方案一样,无法有效模拟出降水距平百分率特征,但其模拟偏差和均方差均小于其他参数化方案的结果。而对于夏季降水偏多的华东、华南,也是Emanuel方案的均方差最小,显示出了其对于我国南方降水模拟的优越性。从真实技巧评分和偏差评分也可以看出,Emanuel方案对降水强度和降水范围的模拟要好于其他参数化方案。因此在后续工作中,积云参数化方案统一选择Emanuel方案。
2.耦合了CLM3.5的区域气候模式RegCM4.1.1能够较好的模拟出2000-2009年夏季东亚位势高度场分布特征,也成功揭示了副高位置和强度的时间演变特征。但模拟温度在大陆上空偏低,而在海面上空偏高;这样的偏差场分布存在于对流层低层各层,使得夏季对流层低层的海陆温差在模拟中更加明显,导致东亚夏季风偏强,模拟副高强度偏强,位置偏西偏北。对与降水,模式可以模拟出西北内陆的干旱少雨特征,但对我国南方降水模拟结果普遍偏小2mm/d以上,而华北和东北地区模拟降水异常偏多。此外,模式对于地面温度的模拟也存在系统性偏低,仅在黄淮地区出现了小范围的正偏差分布。总的来看,尽管RegCM4.1.1模拟的副高中心强度偏强,位置偏西偏北,地面温度和降水场也存在一定的偏差,但模式较好的模拟出了东亚地区夏季位势高度场的平均特征及副高位置和强度的时间演变,可以用来做进一步的研究。
3.高原植被改善时,该地区感热减小,潜热增加,能量场的这种改变使得对流层中层的潜热加热作用加强,温度升高。受西风带影响,我国东部地区上空出现温度场正异常,导致南亚高压偏东,低层的副高偏强,使得夏季风偏强,黄淮地区出现气旋性环流异常,存在明显的异常水汽辐合,使得该地区降水增多,相对湿度增加,部分地区的降水增加0.4mm/d以上。反之高原植被退化时,该地区能量场表现出与前者几乎相反的特征,南亚高压偏西,副高偏弱,也会导致黄淮地区存在异常水汽辐散,并进一步对降水和相对湿度等产生负面影响。