东亚干旱半干旱区大气边界层高度对干湿变化影响的机理研究

Precipitation, evaporation and soil moisture, the physical quantities closely related to dry and wet change, have an impact on the radiation balance and the distribution of the sensible heat flux and latent heat flux between land and atmosphere, thus affecting the development of the atmospheric boundary layer and its height. While the atmospheric boundary layer height may have influence on the precipitation and evaporation by changing the atmospheric water vapor capacity in the boundary layer; meanwhile, the spatial differences of the boundary layer height change caused by the diversification of the underlying surface may lead to changes in the atmospheric circulation, which may affect the water vapor transport. And these will further influence the dry and wet changes. However, the influence mechanism is not yet clear enough, and further research is still needed. Using the existing various observation data, ERA-20C, ERA-Interim reanalysis data and CRU grid data, combined with the model simulation method and necessary supplement observation test, the project will study the variation of boundary layer height and the dry and wet conditions, and boundary layer height's main influence factors on different typical underlying surfaces in arid and semiarid regions of East Asia, reveal the influence and its mechanism of the boundary layer height on the dry and wet change,and quantitatively evaluate the role and contribution of the boundary layer height on the wet and dry changes. Through the completion of the project, we hope to provide more information for the change of arid and semiarid regions and the prediction of the extent of aridification, and provide a scientific basis for improving the fragile ecological environment in arid and semiarid regions.

降水、蒸发、土壤湿度等与干湿变化密切相关的物理量，对地气间的辐射平衡、感潜热通量的分配有一定的影响，进而影响大气边界层的发展及其高度变化。而边界层高度可能会通过改变边界层大气水汽容纳能力对局地降水、蒸发等物理量造成影响；同时由下垫面多样化导致边界层高度在空间的变化差异可能会引起大气环流的改变，对水汽输送造成影响，进而影响干湿变化。然而，其影响机理尚不够清晰，需要深入的研究。项目利用现有的短期观测资料和ERA-20C、ERA-Interim再分析资料、CRU格点数据等，结合数值模式和必要的补充观测试验，对东亚干旱半干旱区不同典型下垫面边界层高度与干湿变化的特征、影响边界层高度的主要因子进行分析，研究大气边界层高度对干湿变化的影响，揭示其影响机理，并定量评估边界层高度在干湿变化中的作用与贡献，为干旱半干旱区域的变化、干旱化的程度预测提供更多的信息，为改善干旱半干旱区脆弱的生态环境提供科学依据。

大气边界层作为地气之间物质、能量交换的桥梁，在天气和气候尺度的大气调整中发挥着重要的作用。从大气边界层的角度去认识气候的干湿变化，以期为气候干湿变化的成因提供更多的信息。本项目以东亚干旱半干旱区为主要研究对象，利用ERA-20C、ERA5再分析资料和短期观测资料，对该地区的大气边界层高度（BLH）、气候干湿因子的时空变化特征和两者变化之间的联系进行分析，探究了大气边界层高度对干湿变化的影响及其物理机制。.自1900年以来，东亚干旱半干旱区BLH整体呈增大趋势，气候干旱化越来越严重。各气候区BLH变化与潜在蒸发量（PET）、 降水量（Pre）、 干燥度指数（AI指数）、边界层内水汽密度的变化关系密切：BLH越高，意味着气候越干旱，PET越大、Pre越小、AI指数越小、水汽浓度越小，BLH与之分别呈强的正相关、负相关、负相关、负相关。此外，BLH和东亚干旱半干旱区的范围之间存在联系，BLH增大、干旱区的范围扩张，BLH减小、范围缩小。.不同子类型气候区、不同季节影响边界层高度变化的主要热力因子、动力因子存在差异性，BLH的变化受到热力因子的影响要强于动力因子；BLH与潜热通量基本为负相关，与气温、地表温度、地气温差、净辐射、感热通量等热力因子基本为正相关；BLH与地表粗糙度、地表风速存在较好的正相关。.在极端干旱区、干旱区、半干旱区，BLH对PET产生明显影响的情况分别占总时间的36.62%、35.01%、34.95%；BLH对AI指数产生影响的情况分别占总时间的12.6%、8.1%、9.9%；BLH的变化对降水也有影响，降水发生前几天，较多的水汽集中在边界层内，当边界层内水汽含量累积到一定程度， BLH降低，导致边界层内水汽浓度的增加，有助于降水的发生，且BLH降低斜率越大，随后的降水量越大。.以上研究成果对于深入了解东亚干旱半干旱区的气候变化具有重要意义，同时为深入了解干湿变化及其预测提供更多的信息，为更好地认识干旱问题、改善干旱半干旱区脆弱的生态环境、减少极端干旱化事件的发生提供科学依据。