农牧交错带典型年份植被覆盖变化对区域气候影响的模拟研究

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农牧交错带又为生态环境脆弱带、敏感带,是我国生态环境和地域经济的一个重要分界地段;极易受自然和人为影响而发生变化。若尔盖高原位于青藏高原东北部,属于川滇农牧交错带,其地表植被特征的改变会直接影响黄河、长江上游的生态环境。内蒙到高原南侧的东北-西南走向的气候过渡带,是我国历史上农牧交错带的位置,也是水土流失、草场退化、沙漠化等环境问题最为突出的地区之一。因此,开展这些区域土地利用/覆盖变化对区域气候的影响研究,可以加强对LULCC影响区域气候的认识,同时对合理利用土地及改善生态环境提供科学依据。  本文针对农牧交错带植被变化对不同时空尺度区域气候效应的问题,利用WRF模式和卫星遥感土地分类数据展开研究。首先,验证了WRF模式中Noah陆面过程参数化方案在若尔盖高原高寒草原下垫面的适用性。其次,分析了典型年份若尔盖高原植被覆盖变化对夏季区域气候的影响。最后,分析了蒙古到高原南侧东北-西南走向的农牧交错带典型年份植被覆盖变化对不同季节区域气候的影响。具体内容及结论如下:  (1)通过若尔盖站的观测资料比较了WRF模式中3种不同的陆面过程参数化方案(Noah、Noah_MP、CLM4)。结果表明:三种方案对净辐射、感热通量、潜热通量及2m温度、相对湿度模拟的相关系数都较高(>0.9)。对于净辐射、感热通量和2m温度,夜间Noah模拟结果更接近观测值,白天CLM4模拟结果较好。Noah能较好地模拟出潜热通量和地表热通量的变化,其余两种方案模拟潜热通量时出现较大负偏差,模拟的地表热通量的日变化幅度过大。  (2)利用WRF模式,采用1981、1990、2000、2010年卫星遥感地表分类数据,模拟分析了若尔盖高原典型年份真实地表植被覆盖变化对2010年夏季区域气候的影响。主要结论为:对于地表能量,植被覆盖变化对潜热影响较显著。较为显著的气候响应是地表温度的变化,且局地地表温度变化较区域平均温度变化明显。蒸腾效率和反照率会改变地表温度,但它们的相对重要性随季节和地点而变化,在夏季,若尔盖高原蒸腾效率改变对温度的影响大于反照率的作用。植被覆盖度变化在低层对温湿度均有影响,在中高层仅对温度有较小扰动。  (3)通过改变从内蒙到高原南侧东北西南走向的农牧交错带的植被类型,模拟分析了交错带典型年份实际地表植被覆盖变化对不同季节区域气候的影响。模拟结果表明:交错带内主要变化植被类型为旱地、农业与自然植被镶嵌体、草地和灌丛。草地与灌丛转换区域和灌丛变为旱地区域地表能量变化明显,而旱地、农业/自然植被镶嵌体及草地之间转换区域地表能量变化并不显著。农牧交错带植被覆盖变化使得区域气候发生了改变,地表温度在夏季和秋季变化较显著。其中,在夏季,内蒙东部、东北地区以及四川盆地东部温度变化明显,在秋季,长江中下游地区影响显著。通过分析可知,春季,湿度较小,反照率作用较大,地表温度受净辐射影响较大。夏季和秋季,湿度较大,植被覆盖度高,地表导度作用较大,地表温度受潜热影响大。对夏季降水的影响主要表现在东北地区和整个中国南部地区,其中500hpa偏差风流场的气旋性(反气旋性)环流与降水增加(减小)区域对应较好。农牧交错带植被覆盖变化对2m温度和水汽混合比影响逐年减小,而其对降水的影响大小和范围并不随时间减小。
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