中国干湿过渡带陆气相互作用及其对气候变化影响研究

The “hot spot” of land-atmosphere interaction locates over arid-humid transition zone (abbr. transition zone), where the land process plays an important role on the climate change. Due to the complicated ecosystem and diversity land cover types, there are few studies focusing on the land-atmosphere interactions over these areas specifically. This project takes insight into the land-atmosphere interaction and its impacts on the climate change over the transition zone in China. The project will address the relationships between land surface hydro-thermo variables (e.g., soil temperature/moisture, evapotranspiration, runoff, and latent/sensible heat flux etc.) and atmospheric variables (e.g, precipitation, temperature, radiation etc.). In this project, we plan firstly analyze available observed-based land surface and metrology data sets, then we will “offline” run land surface models with different surface settings (e.g., different land use and land cover as imitated by human activities) and different climate change scenarios (e.g., atmospheric forcing variables with superposed perturbations as imitated by climate change/variability); finally, the land-atmosphere coupled model will be used to address the possible mechanism of land-atmosphere interaction with climate change in China. The objective of this project would include: 1) comprehensibly understand the multi-scales (e.g., intraseasonal, seasonal, annual, decadal) characteristics of land-atmosphere interaction over transition zone; 2) quantify the contribution of different land surface variables to the climate change over the transition zone; and 3) revel the possible mechanisms of relationships between climate change and the land-atmosphere interaction over this area. The achievements of this project would help to improve climate prediction skill, as well as provide some fundamental information to sustainable development and national program on climate change.

陆气相互作用最为强烈的区域位于干旱区和湿润区的过渡地带（简称：过渡带）。该地区气候和极端气候事件频发，生态系统脆弱，地表覆盖复杂多样，陆气相互作用对气候变化有非常重要的影响，但专门针对这一地区陆气相作用的研究较少。本项目主要研究过渡带的陆气相互作用，及其对气候变化的影响。围绕着陆面水热变量与大气变量之间的相互关系。从资料分析入手，通过离线陆面模式试验，大气-陆面耦合模式模拟，逐步深入研究过渡带陆气相互作用的变化特征，及其对气候变化的贡献和影响机理。研究目标是：在过渡带内，综合理解陆（包括土壤深层）气相互作用的多时间（季节、年际、及年代际）尺度特征；量化陆气相互作用对气候变化的贡献；阐明陆气相互作用对本地区及区域外气候变化的影响过程和物理机理。该项目研究成果可为改善气候预测提供基础，同时也为合理有效利用水资源和土地规划提供理论科学依据，并为可持续发展和国家应对气候变化的决策提供科学支撑。

干湿过渡带是干旱区和湿润区水汽和热量传输的通道，该地区地表过程与大气变量之间的耦合强度较高，是研究陆气相互作用的关键区域。近年来，我国极端天气气候事件频发，气象灾害事件增加，这些在干湿过渡带地区及周边表现尤为突出。然而，现有的研究，对该地区陆气相互作用、水汽收支、陆面过程与气候变化之间的关系及其背后的物理机制，研究较少。本项目针对上述过程开展了系列研究，取得以下主要成果。1）开展了1960年以来，中国区域，尤其是干湿过渡带，气候要素、陆面水热变化分析及要素之间相互作用关系研究，明晰了主要气候水文要素时空变化规律。2）开展了陆面/水文模式离线模拟试验，评估模式模拟性能，研制出了长时间尺度、时空连续、较高分辨率的中国区域陆面水热通量及陆面要素数据集，该数据集可用于陆气相互作用研究，已被多个学者使用，并获得良好的反响；3）将“环流相似-动力调整方法”用于分离大尺度环流与陆面过程对降水特征（量值、趋势及年际变率）影响研究，发现大尺度环流决定降水量值，而陆面通过蒸散发对降水的趋势有较大贡献,两者对于降水年际变率变化同等重要。该研究方法可用于量化不同环流因子对极端气候事件可预报性贡献，已经用于研究“河南217暴雨”，并用于今年长江流域高温干旱原因探索的研究中；4）针对中国西北地区（包括干湿过渡带）1960年以来，陆面有效降水（总降水与总蒸发差）年代际变化开展研究，发现总体增加趋势，但具有有明显的年代际变化特征，呈现出“减少（1961-1978）-不变（1979-2008）-增加（2008-2016）”，进一步，发现西北地区水汽通量输送和垂直速度与降水年代际变化特征基本一致，且西北地区蒸发受降水向下长波辐射通量和风速变化影响显著。该研究成果对于近些年来西北暖湿化提供了机理解释。5）在本项目资助下共发表研究论文18篇，其中SCI论文13篇，获得5套陆面水热数据集。