土壤湿度、温度初始异常对东亚及周边区域气候模拟的影响

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在区域气候模拟中,各种陆面过程对模拟结果有重要影响。目前土壤湿度、温度观测资料十分缺乏,使得建立全球或区域尺度的土壤湿度、温度初始场十分困难,气候模式所使用的仍然是发展较旱的陆面过程方案,其对陆面过程的描述使用了一些较为简单的假设和限制条件,使得其对土壤湿度、温度初始场的描述存在许多不确定因素。因此有必要考察这些当前气候模式所采用的简单初始场,以及由此产生的土壤湿度、温度的初始异常对区域气候模拟的结果是否有较大影响,并进而影响气候预测的效果。本文利用耦合了CLM3.5陆面模式的区域气候模式RegCM4.0,通过敏感性试验探讨了人为降低模拟的春季初始土壤湿度、温度对短期时间尺度东亚及周围地区夏季气候模拟的可能影响。结果表明:(1)人为降低模拟的春季初始土壤湿度后,大部分地区的浅层土壤湿度差异能持续1-2个月以上。地表向上的净长波辐射和地表感热通量明显增强,对应的潜热通量减小,而地表短波辐射的增加则相对较小。地表能量平衡的变化,明显加强了地表对大气的加热,模拟区域的地表温度、地面气温均出现大范围的显著升高。这种温度的显著变化主要集中出现在中国东部、印度北部和中亚地区。(2)较小的初始土壤湿度会使得区域地表蒸散发明显减小,但对降水的影响很小而且有较大的不确定性,降水变化并不明显。地表能量平衡的变化使得东亚及周围地区出现了地表对大气的加热正异常,偏暖的下垫面加热对流层中低层,使得东亚北部对流层中高层出现暖高压异常,但影响并不显著。(3)人为降低模拟的春季初始土壤温度后,初始温度异常随时间迅速减弱,土壤温度的初始异常难以保持较长时间。较低的初始土壤温度对区域的地表能量平衡有一些影响,主要引起东亚大部地区地表温度、近地面气温的微弱下降;对于降水和蒸发的影响很小且呈现较大的不确定性,对大气环流的影响则表现出了对模拟起始时间的敏感性,不同模拟起始时间的异常分布具有不同的特点,但要说明这些变化均不显著。(4)模拟起始时间的不同会导致结果的一些差异,不同起始时刻的土壤湿度、温度初始场对模拟结果影响程度不同。不论是土壤湿度、温度本身的变化还是其对气候模拟的影响,均在强度和范围上有差异。(5)综合来看,土壤湿度初始场的初始异常对RegCM4.0模式东亚及周围地区气候模拟的结果有一定影响,特别是在温度和能量方面,应在以后的模拟中加以考虑。而温度试验的结果表明小幅的初始土壤温度异常对东亚及周围区域气候模拟影响很不确定且变化的量值很小,在现阶段的实际模拟中不必要花费太多精力考虑初始土壤温度异常可能造成的影响。
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