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中国干旱半干旱区降水集中度变化对陆面过程关键参量的影响研究

批准号:
42105041
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
段亚雯
学科分类:
气候与气候系统
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
段亚雯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
土壤湿度和地表蒸散是干旱半干旱区陆面过程最为关键的参量,其变化对该地区陆气相互作用过程有重要影响。近几十年中国干旱半干旱区的降水年内集中度显著减小,这势必会对该地区的土壤湿度和蒸散产生作用,但目前我们对其影响事实和作用机理仍缺乏全面认识和深刻理解。基于此,该项目拟利用观测、遥感、再分析资料及陆面同化数据(GLDAS)等多源数据,结合陆面模式的数值模拟,开展降水集中度变化对陆面过程关键参量土壤湿度和蒸散的影响研究。首先,利用观测资料,分析降水集中度及相关降水过程的变化特征;其次,通过多源数据的对比分析,研究降水集中度变化与土壤湿度和蒸散变化的关联性;最后,基于上述结果构建不同降水集中度和年降水量变化的试验方案,利用陆面模式数值模拟揭示土壤湿度和蒸散对降水集中度变化的响应机制。该研究的实施将深化对干旱半干旱区陆气相互作用过程及机理的认识,为该地区应对气候变化及区域可持续发展提供科学支撑。
英文摘要
Soil moisture and evapotranspiration play as the most crucial variables in land surface processes in arid and semi-arid region. Their variability directly affects the land-atmosphere interaction. During the recent decades, dramatic descending trends were observed in the intra-annual precipitation concentration degree over the arid and semi-arid region in China. However, their impacts on the regional soil moisture and evapotranspiration and the corresponding mechanisms remain unclear. In this context, this project aims to investigate to what extent and how the changes in precipitation concentration degree affect key variables in land surface processes over this region, using multi-source data from observation, remote sensing, reanalysis and the Global Land Data Assimilation System (GLDAS), combined with land surface modeling. Firstly, the characteristics of variations in precipitation concentration degree and the relevant precipitation processes will be revealed by analyzing the observational data. Secondly, their relationships with the changes in soil moisture and evapotranspiration will be examined by comparing multi-source data. Finally, based on these results, different sensitive experiments that vary in precipitation concentration degree and annual amount will be designed and conducted with a land surface model. These simulations will be investigated to reveal the responding mechanisms of the soil moisture and evapotranspiration under different precipitation concentration conditions. The results of this study would lead to a better understanding on the processes and mechanisms of land-atmosphere interaction over the arid and semi-arid region, providing information for addressing regional climate change and sustainable development.
近几十年中国干旱半干旱区的降水年内集中度显著减小,该区域陆面过程关键参量如何响应这种降水的特征变化是本项目的关键科学问题。项目首先基于高密度的站点观测资料,揭示了1961-2022年该区域降水集中度显著减小的事实及其在降水过程上的具体表征,发现其减小趋势主要源于降水强度、干日、最长干期的减少以及干期和湿期频率、湿日总数以及极端降水日数的增大。进一步结合ERA5-Land高分辨率陆面再分析资料,采用偏相关、超前滞后相关等分析方法研究发现,该区域降水集中度的减小在大部分地区与表层和浅层土壤湿度以及潜在蒸散发的增大相关。在110°E以东的地区降水集中度减小则会导致中层、深层土壤湿度以及地表径流的减小。对华北、东北两个典型区域的分析表明,降水集中度较小时陆面过程与月降水量变化的关联性更强且响应时间更长。降水集中度较小的年份,大部分陆面过程关键参量与月降水显著相关的时间相比降水集中度较大年份延长1-2个月。最后基于Noah-MP陆面模式的敏感性试验,阐明了不同降水集中度和降水总量条件下陆面过程关键参量的响应机制。发现当降水集中度增大时,不论降水总量如何变化,都有利于浅层至中层土壤湿度的保持;而当降水集中度减小时,都会显著增加地表径流的产生。此外,降水集中度的大小会影响陆面过程关键参量对年总降水量变化的响应,当降水集中度较大时,会放大年总降水量减小对表层土壤、地下径流的干化作用,以及对实际蒸散发的减小作用,增强降水量增大对深层土壤湿度的补给作用。上述研究结果有助于深入理解气候变化背景下干旱半干旱区的陆气相互作用过程,为该地区应对气候变化、水资源管理和生态系统保护等提供科学依据。
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