我国典型夏季风影响过渡区陆-气相互作用及其对夏季风响应研究

The summer monsoon transition zone (SMTZ) is the most sensitive region in the (Asian) summer monsoon system. In this region, the land surface properties is instability with large climatic fluctuation and spatial variability in land-surface process and atmospheric boundary layer, which is helpful for inspiring the coherent structure of the turbulent boundary layer and the local circulation. The regional land-atmosphere interactions in the SMTZ are sensitively responded to dynamics of the summer monsoon system; meanwhile, it also has great impacts on the summer monsoon climate. This project will scientifically design the observation stations based on the characteristics of the summer monsoon variation and its impacts on the SMTZ and then integrate in-situ observations, remote sensing, numerical modeling and theoretical analysis to explore the land surface processes, the planetary boundary layer dynamics and its interactions with free atmosphere over the SMTZ. Moreover, the project try to reveal the responses features of regional land-atmosphere interactions to the seasonal, annual and decadal variability of the summer monsoon system, and the feedbacks between the regional climate of summer monsoon and the land surface or the atmospheric boundary layer processes. It also establishes a parameterization relation, between the land surface and atmospheric boundary layer, and highly improves regional climate models. The project will significantly deepen our understanding in regional land-atmosphere interaction and its influence on the summer monsoon system, develop an innovative approach for land surface and boundary parameterization, and provide a new theoretical basis for the development of regional climate model as well as drought monitoring and early warning technology.

夏季风影响过渡区是受夏季风影响最敏感的区域，该区域陆面特性的稳定性较差，陆面过程和边界层特征时空变幅较大，易诱发边界层相干结构和局地环流。其陆-气相互作用不仅对夏季风气候动力过程的响应突出，而且对季风气候的影响也不容忽视。本项目针对夏季风活动规律及其影响过渡区的分布特点进行试验布局，集成应用观测试验、遥感反演、数值模拟和理论分析等研究方法，在分析典型季风影响过渡区陆面过程、边界层及其与自由大气相互作用特征基础上，研究该地区陆-气相互作用对夏季风年、年际和年代际变化的响应规律，揭示夏季风驱动下区域气候与陆面过程和边界层过程之间的互馈机制，建立能够反映夏季风多尺度气候动力学作用的陆面过程和边界层参数化关系，改进区域模式的陆面过程和边界层参数化方案。该项目完成会对该区域陆-气相互作用及其与夏季风关系有新认识，会对陆面过程和边界层参数化有新进展，可为发展区域数值模式和干旱监测预警技术提供理论支撑。

项目应用观测试验、遥感反演、理论分析和数值模拟等多种研究方法，建立了中国夏季风影响过渡区的陆面能量通量数据集；系统分析了夏季风过渡区陆面热力、水分和生态生理过程特征；清晰定义了夏季风影响过渡区的区域；研究了我国北方不同降水气候空间类型时地表蒸散量对气温增加的响应规律及机制，发现了气候敏感区半干旱区正好是降水倾向率转折的重要事实。发现半干旱地区蒸发皿蒸发量随气候变暖呈增加趋势，提出“反蒸发悖论”现象。研究了夏季风过渡区非降水性水分的整体特征，发现其分量之间具有互补特性，得到了在非季风期非降水性水分可以超过降水量的重要结论；也研究了非降水性水分对陆面水分平衡、对农作物的贡献。构建了一个能够反映季风过渡区内夏季风活跃度的新指数，可以很好的表征过渡带内的夏季降水。修正了作物系数，改进了蒸散估计模型对蒸散的模拟,结果优于Kc-FAO直接推荐的蒸散模型性能。研究了典型夏季风影响过渡区不同时间尺度蒸散变化特征及其控制因子，发现水分胁迫条件下不同生态系统通过不同的生物过程来调节蒸散。揭示了夏季风强度及其被边缘位置变化影响季风过渡区草地生态系统碳呼吸的规律，发现干旱胁迫对总初级生产力（GPP）的抑制作用大于对生态系统呼吸（Reco）；还发现了半干旱草地二氧化碳和水分利用效率的生物气象效应。研究了夏季风对季风影响过渡区湍流通量的影响规律，发现夏季风过渡区东西部分的湍流能量交换与夏季风影响持续时间有着显著相关性。揭示了夏季晴空期超厚对流边界层发展的能量机制，主要原因是深厚的近中性残余层在对流边界层发展过程中发挥了重要作用。通过本项目的研究，获得了对夏季风影响过渡区陆-气相互作用及其与夏季风关系的一系列新认识，可为区域数值模式和干旱预警预测技术的发展提供支撑。