摘要: 全球气候和土地利用类型变化对地表能量通量和水循环影响的研究，对于了解全球地表水热资源变化情况和陆-气相互作用机理具有重要意义。论文利用普林斯顿大学1948～2000年高时空分辨率的地面气象资料来驱动CLM3.5模式，以此来获取气候、土地利用类型以... 展开 全球气候和土地利用类型变化对地表能量通量和水循环影响的研究，对于了解全球地表水热资源变化情况和陆-气相互作用机理具有重要意义。论文利用普林斯顿大学1948～2000年高时空分辨率的地面气象资料来驱动CLM3.5模式，以此来获取气候、土地利用类型以及不同气候因子变化情况下地表能量通量和水文收支的变化情况。 为了鉴别过去53年气候变量、地表能量通量和水文变量发生剧烈变化的地区，我们创新性地引入hotspots的定义即气候、地表能量和水文变量发生剧烈变化的区域。研究结果表明，地表能量通量和水文变量的hotspots分布与气候hotspots并不完全重合。气候变化导致的地表净辐射hotspots在不同的季节呈三条纬向的带状分布：春季位于北极圈内，秋季位于北美和亚欧大陆55°N以北的地区，冬季持续往南扩展到北纬45°N的地区。此外，在北半球中高纬度感热通量hotspots分布与地表净辐射的分布非常一致，但潜热通量并不如此。 此外，我们还运用趋势和年际震荡的分布来定量描述1948～2000年间气候变化对地表能量通量和水文变量的影响。地表反射率的变化主要发生在冬春季节的北半球中高纬度地区，以下降趋势为主且与年际震荡的大值区相对应。对于地表净辐射全球范围内以下降趋势为主，但趋势变化的大值区与年际振荡高值中心并不重合。对于感热通量，其趋势和年际振荡分布与地表净辐射基本一致。但是潜热通量不同，其变化是许多因子综合作用的结果，全球范围内趋势变化以弱的上升趋势为主，且其趋势与年际振荡分布也并不一致。由此可知，相对于潜热通量而言，过去53年期间地表净辐射的变化趋向于引起感热通量的变化。对于水文变量来说，其趋势变化和年际振荡分布基本重合，且其分布受降水影响较大。 土地利用类型的变化对地表能量通量和水循环的影响，是我们研究的另一方面的内容。研究结果表明，当土地利用类型由森林变为农田时，地表反射率增加，同时地表净辐射、感热通量和潜热通量减小；当草地变为农田，其结果相反。全球平均来说，土地利用类型变化对于全球地表净辐射、感热通量和潜热通量强迫值分别为-1.39，-0.78和-0.61 W m-2。此外，土地利用类型变化对地表蒸散、土壤湿度和地表渗流均有负强迫的作用，其全球平均分别为-8.11㎜year-1，-1.68（10-3）m3 m-3和-4.63㎜year-1；但是对地表径流是一个正强迫作用约为1.65㎜year-1。不过，值得注意的是土地利用类型变化对地表能量通量和 气候因子对地表能量通量和水循环影响的敏感性试验分别考虑了温度、降水和风速的变化对其的影响。在北半球高纬度地区，温度变化使地表反照率和感热通量减小，地表净辐射和潜热通量增大。在中低纬度，温度变化使地表净辐射和感热通量减小。降水变化主要导致了地表净辐射和潜热通量的减少，尤其在北美东部、非洲北部、非洲中部和东亚地区，但对感热通量的影响其结果与此相反。相比温度和降水的影响，风速对地表能量通量和水循环的影响较小，其强迫量约为温度和降水强迫值的10％左右。 研究显示了气候和土地利用类型变化对地表能量通量和水循环的影响，所得结果对于了解全球地表能量通量和水文变量对气候因子的敏感性、相互作用机理，评估全球农田面积增加对全球水热资源影响，以及指导全球农业布局等具有一定的科学意义。 收起