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大气边界层风场在陆气耦合中的作用
作者:刘艺朦,魏江峰               发布时间:2021/08/30 17:45:12              浏览量:

陆气相互作用主要探究陆面的状态、通量对大气变化的响应及影响。大气边界层位于地表与自由大气之间,是大气的最底层。陆面主要通过边界层对大气产生影响。风场作为大气边界层的重要变量,影响着动量的输送和水汽的输送、辐合等过程,然而其在陆气耦合中的作用还不是很清楚。

我院魏江峰教授课题组利用WRF4.0模式设计了两组均由16个集合成员组成的集合试验,用于探讨边界层内的风场对东亚气候季节内变化的影响。其中一组为控制试验,另一组为打乱风场试验,该试验中各成员边界层内的风场被在时间上随机打乱的控制试验中相应成员的风场替换。分析发现,打乱风场后,在湿润的华南地区集合成员的气候变得更加不一致,而在半干旱的中国北部及蒙古地区(NCM),集合成员的气候特别是某些变量的平均值变得更加一致。这是由于华南的天气和气候对边界层内的风场有较强的响应,因此扰乱风场后使得集合成员间的差异性增大。而半干旱的NCM地区,陆气耦合过程较强。土壤湿度变湿后,感热通量减小,有利于在地表形成低压,低压促进辐合上升运动,利于云和降水的产生,一方面受到云的遮挡作用导致到达地表的短波辐射减少,引起感热通量减少,另一方面降水又会直接增加土壤湿度(图1)。所以,在NCM地区存在着两条稳定且较强的正反馈过程,这种过程趋向于将初始的小差异不断放大到天气、气候差异,而打乱风场后削弱了这种正反馈过程(图2),因此集合成员间的差异减小。可见华南、华北地区的气候对打乱边界层内的风场的不同响应主要受当地陆气耦合过程差异的影响。大气边界层作为陆气相互作用的主要界面,我们对它在其中的作用仍了解非常有限,期待更深入的研究。

图1. 影响NCM地区地表温度的主要陆气相互作用过程的示意图。“+”代表正的影响,“-”代表负的影响。

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图2. 红框中土壤湿度与地表气压(颜色)和850 hPa风场(箭头)的次季节相关系数。(a) 控制试验;(b)打乱风场试验。 

 

文章信息:

Wei, J., Liu, Y., Chen, H. (2021). Contrasting responses of local climate to the perturbation of atmospheric boundary layer winds linked to land–atmosphere interactions. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2020JD034508, javascript:;.