中国土壤湿度分布和变化的观测与模拟

土壤湿度作为陆面过程中重要的物理量之一,通过改变地表反照率、热容量和向大气输送的感热、潜热等途径影响气候变化,其在气候中的作用仅次于海表温度。本文运用多种资料,从观测和模拟两方面,讨论了中国土壤湿度的分布与变化。首先,结合观测资料和两套再分析资料,分析了中国东部以及华北、长江流域和华南的陆表水分收支;在分析中国陆表水循环背景的基础之上,利用中国区域的土壤湿度观测资料,对两套再分析资料(ERA40、NCEP/NCAR)和两套陆面模式资料(GSWP2、CLM)中的土壤湿度进行了评估,确定了一套可作为“观测”标准用于模式结果验证的资料;随后,以此为基础,评估了当前耦合气候模式对中国区域土壤湿度的模拟能力,并运用IPCC AR4 10个耦合模式的结果,分析了在全球变暖的背景下中国土壤湿度的变化;最后,利用区域气候模式RegCM3讨论了土壤湿度对东亚夏季气候的影响。所得主要结论如下: 1.中国东部区域,在年平均和夏季是水汽汇区,冬季降水与蒸发基本平衡;华北在年平均、夏季以及冬季均为水汽源区;长江流域在年平均、夏季及冬季均为水汽汇区;华南在年平均和冬季为弱水汽汇区,夏季为水汽源区;两套再分析资料一致揭示了上述特征。就区域平均蒸发和降水的年际变化而言,两套再分析资料的结果与观测都存在显著相关,但NCEP/NCAR资料估算的蒸发好于ERA40;相对于气候态的定量比较而言,由两套再分析资料得到的陆表水分收支距平(即降水减去蒸发的距平)的年际变化与观测基本一致。 2.四套资料(ERA40、NCEP/NCAR、GSWP2及CLM)基本都揭示出了土壤湿度的空间分布,而GSWP2显示出四套资料最多的共性,即中国土壤湿度气候分布呈现出东北、华南湿,华北、西北干,由西北向东北和东南呈梯度增加的特征。GSWP2较好地再现了土壤湿度的季节循环,但其年际变化较差,ERA40资料土壤湿度的年际变化与观测土壤湿度的相关性最好,CLM、NCEP/NCAR的土壤湿度年际变化在中部较差。观测资料和四套资料都显示前期降水会增加土壤湿度,但土壤湿度异常对后期降水的影响则不显著;气温与土壤湿度的关系较复杂,不同的区域有不同的特征。夏季土壤湿度主要空间模态与降水主要模态分布一致,土壤湿度与降水夏季同期相关在中国东部较好。