陆面过程对全球变暖的响应及可能机制——基于CMIP3的多模式集合分析

利用"国际耦合模式比较计划"(Phase 3 of the Coupled Model Intercomparison Project,CMIP3)12个模式对20世纪(The Twentieth-Century Climate in Coupled Models,20C3M)和21世纪SRES(Special Report on Emissions Scenarios)A1B情景下的模拟结果,通过21世纪(2001～2099年)与20世纪(1901～1999年)陆面能量和水文变量的对比分析,揭示了陆面过程对全球变暖响应的基本特征,并探讨了其可能的响应机制。结果表明,与20世纪相比,21世纪全球陆面平均的表面温度、地表净辐射、潜热通量明显增加;而感热通量有所减小。降水、径流、蒸发等地表水循环分量也表现出不同程度的增加,而土壤含水量有减小趋势。通过分析近地层主要大气强迫变量与陆面变量之间的联系,发现陆面能量平衡过程对全球变暖的响应主要受向下长波辐射和气温变化的影响,而温度的变化对陆面水文过程的影响起决定性的作用。进一步分析表明,陆面过程对全球变暖的响应存在明显的区域性差异,陆面温度和感热对全球变暖响应最显著的区域位于北半球中高纬,而净辐射和潜热对全球变暖的响应在亚洲中部和非洲大陆最显著。相对于20世纪,21世纪主要是长波辐射和温度对陆面能量平衡过程的贡献重要。对于陆面水文过程,径流和土壤含水量对全球变暖的响应在亚洲中部以及北美最显著。在全球变暖背景下,21世纪相对于20世纪,温度对陆面水循环的影响更加显著,主要体现在北半球中纬度地区。