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采用区域气候模式RegCM3,利用了NCAR/NCEP再分析数据、GISST海温数据、USGS地形数据、GLCC土地利用/覆被数据、三江平原下垫面实际解译数据、三江平原气象站观测数据,用三江平原下垫面实际解译数据修正模式中研究区的地表数据,在检验出RegCM3对三江平原下垫面变化的区域夏季气候状况具有模拟能力的基础上,以全面认识三江平原20世纪50年代、70年代和90年代区域夏季气候特征和下垫面变化的区域气候效应为目的,在实况下垫面和虚拟下垫面下对三江平原的区域夏季气候(以6月和7月为代表)进行了数值模拟,模拟的气候要素包括气温、降水量、蒸发量、比湿、地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射。通过对比研究区下垫面差异最大的两个年代的气候状况,研究了三江平原湿地大面积开垦导致的下垫面改变所带来的区域气候效应,通过虚拟下垫面模拟结果与实际下垫面下模拟结果的对比,研究了下垫面变化带来的区域气候效应。
模式对研究区下垫面变化的气候状况模拟能力检验结果表明,在只改变地表性质而不改变大气环流场的条件下,三江平原气温、降水量、蒸发量、比湿、地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射都有明显的改变,特别是在下垫面性质发生改变的地区,变化更为明显。这表明RegCM3模式对三江平原地区下垫面变化的区域气候状况具有模拟能力,可以用它对三江平原区域气候进行数值模拟。
20世纪50年代,6月,气温等值线为纬向分布,7月,山区与6月平均气温分布相似,但平原区的气温等值线为经向分布;6月、7月,平原区降水量较小而山区降水量较大;6月、7月,三江平原南部蒸发量大于北部,山区蒸发量大于平原区;6月,比湿从三江平原东北部往西南逐渐增加,7月,比湿等值线为纬向分布;6月、7月,地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射的分布都与20世纪50年代地表覆被分布有明显的对应关系。20世纪70年代,6月,气温等值线为经向分布,7月,山区气温与6月平均气温分布特征相似,平原区呈纬向分布;6月,西部降水量多,东部降水量少,7月,降水量西北部最多,东北部及东南部地区降水量偏少;6月、7月,比湿为经向分布;6月,7月,地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射的分布也与20世纪70年代地表覆被分布对应关系明显,但辐射值7月比6月小。20世纪90年代,6月,气温山区等值线为经向分布,平原区呈纬向分布,7月,气温基本呈现出经向分布;6月,平原区降水量少于山区,7月,东南部低平原区降水量偏少外,其余区域的降水量相对偏多且分布较均匀;6月、7月,研究区中部比湿高四周低;6月、7月,地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射的分布都与20世纪90年代地表覆被中的耕地分布有明显的对应关系,但7月辐射值减小。
大面积湿地开垦导致的下垫面变化带来的气候效应表现在,6月,全区的平均气温都是90年代高于50年代,湿地转变为耕地的区域升温最明显,升温幅度超过0.6℃;主要是洪河保护区和完达山北端一带和穆棱兴凯低平原区的耕地区的降水量有所增加;6月蒸发量都是90年代大于50年代,蒸发量增加在50年代为湿地而90年代变为耕地的地区最明显;0g/kg比湿差值(90年代减去50年代)等值线与20世纪50年代三江平原低平原区的湿地与耕地分界线相吻合;湿地转变为耕地的区域,90年代6月的地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射明显减小。7月,0.0℃差值线将研究区分为两部分,其以北表现为降温,其以南为升温;90年代三江东北部低平原区的耕地区、西部低平原区耕地区、倭肯河平原区的耕地区和穆棱兴凯低平原耕地区的降水量明显增加,山区的降水量略有减少;蒸发量都是90年代大于50年代,且在50年代为湿地而90年代变为耕地的地区增加最明显;比湿变化特征与6月相似;地表净吸收短波和地表净长波辐射变化特征与6月的相同,只是差值变小。
虚拟下垫面下区域气候效应表现在,旱田代替湿地后,使得区域气温明显升高。20世纪50年代背景下,旱田代替湿地地区6月和7月气温升高在0.4℃以上;旱田代替湿地会使下垫面改变区域降水量、蒸发量和比湿值都增加;能量辐射上,旱田代替湿地会降低地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射值。水田代替湿地带来的区域气候效应与旱田基本相似。湿地取代农田(旱田和水田)后会使整个三江平原地区气温降低,20世纪90年代背景下,湿地取代农田使整个三江平原地区6月平均气温降低0.3℃:湿地取代农田还会使区域降水量、蒸发量和比湿减小。能量辐射方面,湿地取代农田会增加地表净吸收短波辐射和地表净长波辐射。