陆面过程冰雪圈及气候.ppt

第7章 陆面过程;7.1 陆面过程的基本概念;陆面构成及其复杂 陆气相互作用的复杂性;陆地植被：分类成千上万，不同类型的植被的空间组成、几何结构和物理生化性质也很不相同。 土壤：土壤质地分类也有数十类，土壤的质地、结构特性、物理特性、光学特性等属性参数均是陆面过程研究必须考虑的。 地表水文过程：除了要给定植被和土壤质地的性质和它们的分布，还要给定地形及地貌特性。 陆面特性既随下垫面的类型和性质，也随时间和空间而变，同时还受空间非均匀性和变异度的影响。 因此，陆面过程研究不仅需要考虑陆面构成的复杂性，同时还要考虑不同下垫面特性参数的多元性，再加上人类活动所造成的陆面状况的改变，使得陆面过程研究的难度加大。;7.1.2 陆面过程的基本概念;陆面物理过程主要是指发生在陆面和陆气界面的能量平衡、水分平衡以及动量交换过程，此类过程的时间尺度通常较短，具体包括 （1）热力过程（能量平衡过程）：发生在大气、植被和土壤表面的辐射过程、土壤和植被与大气间的感热、潜热交换； （2）动量交换过程：地面对风的摩擦，植被对风的阻挡； （3）水文过程：降水、蒸发、植物的蒸腾、凝结、地表径流、冰雪融化等； （4）物质交换过程：水汽、其他化学气体和气溶胶的向上输送，大气垂悬物的沉落等。;陆－气相互作用示意图;陆面生物化学过程通常是指与陆地植被或陆地生态系统中的碳同化、气孔传导、蒸腾蒸发、光合作用以及碳、氮等化学元素循环转化有关的时间尺度较长的过程。 在20世纪90年代初，陆面过程研究就开始关注陆面的生物化学过程，通过陆面物理过程模式与光合生产过程（光合作用）模式的耦合，合理描述陆面与大气间的物理-生化相互作用过程，能更真实地反映植被-大气之间的各种反馈机制，并能对陆地生态系统-大气之间的碳通量、净初级生产力进行估计，为生态系统、生态过程研究提供基础。;陆面生态过程通常指月至年际时间尺度上陆地生态系统的演变及其与气候之间的相互作用过程，包含了植被的生长、演替以及各种扰动（火灾、虫灾、土地利用等）过程对陆地生态系统的影响，同时还考虑植被、土壤之间碳、氮等营养物质的交换过程。 陆地生态过程在更长的时间尺度上反映气候-陆地生态系统之间的相互作用过程。目前的动态植被模型，通过气候强迫及物理生化过程耦合的作用，研究生态系统结构、组成和成分的动态变化，以及生态系统的演替，真正实现了生物圈与大气圈相互作用的动态耦合。 ; 陆面过程研究的主要内容就是围绕陆面与大气在不同时空尺度的相互作用，研究发生在陆地表面的各种物理过程、生化过程、生态过程及其与大气、气候之间的各种反馈机制。 就短期气候变化及其预测而言，目前我们关注的重点主要集中在陆面的物理过程方面。;7.1.3 陆面过程的重要性;大气的状态变量的变化是由它们的动力学控制方程所决定的：;（3）气候系统对陆面特性的变化十分敏感：20世纪60年代以来，大量的敏感性试验证实了气候系统对地表反照率、土壤湿度、地表粗糙度和植被气孔阻抗等陆地下垫面特性十分敏感； 陆面状况的异常能够对大气、气候产生不同时空尺度的作用，逐渐被认为是影响天气、气候的重要物理因子。 ;7.2 陆面过程对气候的影响;北非地区地面反照率增加所造成的气象要素异常的数值模拟试验结果 （a）3km高度上的垂直风速异常（mm/s），（b）降水率异常 （mm/d）； （c） 地面温度异常（C）； （d）土壤湿度异常（cm）（ Chervin， 1979）;土壤湿度是气候变化的重要影响因子，土壤湿度异常通过影响地表蒸发、改变地表对大气的加热等过程对大气环流和气候产生显著影响。;据统计，就全球陆地而言，65%的降水来自于陆地表面的蒸发。研究表明，土壤湿度对气候有很强的记忆功能，土壤湿度异常不仅对局地大气状态有极大的影响，而且影响到了全球范围的大气环流和气候。 ;最近，我国的学者指出中国东部春季土壤湿度与夏季降水之间存在密切的联系。 春季从长江中下游到华北的土壤湿度偏湿，东北土壤湿度偏干 | | 中国大陆东部地表温度降低，减少了海陆温差 | | 造成东亚夏季风减弱， 西太平洋副热带高压发展西伸 | | 中国夏季雨带偏南，长江流域降水偏多，华北和南方降水偏少。 ;;但是，由于土壤湿度异常影响气候的物理过程的高度复杂性，现有的关于土壤湿度异常及其影响气候的物理机制尚不完全清楚，有待于今后的深入研究。;;土壤温度异常对中国短期气候影响的数值研究;7.2.4植被影响气候的基本过程; （1）对降水和辐射 拦截作用 （2）辐射的吸收 （3）蒸散 （4）改变土壤湿度 （5）改变动量输送 （改变地表粗糙度） （6）生物通量输送;2