边界层风场在东亚地区陆气耦合中的作用

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陆气相互作用是气候系统中的一个重要过程,对大气和陆面的变化有着不可忽视的作用。大气边界层位于对流层下部,是陆面和大气产生影响的媒介。一方面边界层的状态和结构会随着陆面过程发生变化,另一方面陆面变量通过边界层影响降水及温度。由此可见边界层在陆气相互作用中起着关键性的作用。风场作为边界层内的主要成员,对水汽的传输、辐合过程有着重要的影响,然而边界层内的风场在陆气耦合中的作用尚不明确。本文利用WRF4.0模式对2013年华北地区夏季的陆气耦合过程进行探究,并分析了边界层风场在东亚地区陆气耦合中的作用。主要结论如下:(1)通过将WRF4.0模拟的结果与再分析资料对比发现,模式模拟的降水、温度、边界层高度等变量的空间分布和再分析数据的结果相似,对于变量随时间的变化也有较好的模拟,尤其是对于中国夏季雨带北跳、南撤的位置模拟较准确。此外模式对于变量的模拟存在误差,和ERA5数据相比,其模拟的地表感热通量普遍偏高,潜热通量整体偏低。(2)结果表明改变华北区域的土壤湿度使得该区域的地表通量发生了变化。在较干地区2 m气温、感热通量、边界层高度均增加。这是由于感热通量的增加会向边界层输送更多的热量,引起边界层高度以及2 m气温升高。此外还发现土壤湿度对最高、最低温度也存在影响,当土壤湿度变湿后最高温度的减少最明显,表明土壤湿度对最高温度有较强的影响。(3)结果表明打乱边界层内的风场后,在半干旱的华北地区,地表温度、土壤湿度的时间序列,特别是均值变得更加一致,而华南相反。这是由于华北地区陆气耦合过程以较强的正反馈过程为主,风场会对陆面的变化产生响应从而引起较大的天气、气候差异。打乱风场后削弱了其间的耦合,使得成员间模拟的变量的一致性增强,而华南陆气耦合较弱,降水对边界层风场扰动的响应较强,因此风场打乱后变量的一致性减弱。由此可知局地气候对边界层风场扰动的响应不同主要是由于陆气耦合过程差异引起的。
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