气候过渡带蒸散比的剧变特征及其与土壤湿度关系研究

The climate transitional zone has a strong coupling of Land surface-atmosphere Interaction. The interaction of evaporative fraction and soil moisture is key link for dominating allocation of water and energy over the transitional zone. However, research on this interaction mechanism is not enough, and it is urgent to study. In this study, we use flux datasets derived from five stations and agricultural stations, high-resolution gridded forcing data and MODIS leaf area index combining with the 10-fold cross validation，least squares，principle component analysis for getting soil moisture critical value (θ_CTIL). The parametric relation is structured by θ_CTIL and θ_WILT, and will be used to correct land surface model which is for model simulation. The study is conducted to illustrate variation of characteristics of evaporative fraction and soil moisture, establish parametric relation and modify land surface model, reveal the variation rule of evaporative fraction-soil moisture and its mechanism. And the project will reveal mechanism of soil moisture-precipitation interaction, can support for monitoring and predicting extreme events climate transitional zone of China.

气候过渡带是陆-气相互作用的强耦合区，蒸散比-土壤湿度作用是支配和调节气候过渡带水分和能量分配的关键环节，而在我国气候过渡带，蒸散比与土壤湿度关系还不甚清楚，亟待研究。项目在选择我国气候过渡带敏感区（土壤层均一、土壤层较厚和储水量大）基础上，综合运用区域内5个通量观测站和高分辨率格点强迫资料，结合农气站观测资料和MODIS叶面积指数，应用十折交叉验证、主成分分析和最小二乘法等方法，确定过渡带土壤关键水分系数θ_CTIL，结合萎蔫系数θ_WILT观测值，构建过渡带蒸散比-土壤湿度参数化关系式，并用于订正陆面模式和长期数值模拟。通过弄清我国气候过渡带蒸散比、土壤湿度剧变特征，建立蒸散比-土壤湿度参数化关系并改进模式，揭示蒸散比-土壤湿度长期演变规律和影响机理，可为我国气候过渡带干旱等极端灾害天气事件的监测预警提供科学支撑。

我国气候过渡区是对全球气候变暖响应的典型区域，弄清陆-气交换过程蒸散发与蒸散比关键变量的特征规律与作用机制，能够增进对气候过渡区气候变化规律的认识。. 项目组围绕研究目标，按规划展开各项工作，完成了研究目标任务。在国内外高影响期刊发表研究论文13篇，其中被SCI收录10篇，第一资助SCI文章3篇，核心2篇。获得省部级科技进步二等奖1项，厅局级科技二等奖2项。主要取得以下进展和代表性成果：. ①揭示了气候过渡区蒸散发随环境要素演变趋势的反转现象. 发现当土壤湿度、风速、净辐射和NDVI分别达到一定阈值时，在天气过程、陆-气耦合和干旱胁迫的影响下，蒸散发随水汽压、水汽压差和气温的变化而变化。该发现加深了对气候过渡区地表蒸散发在陆-气耦合过程中作用的认识。. ②气候过渡区陆气耦合特征及其在干湿条件下的差异. 我国气候过渡区为较强陆气耦合区。在气候过渡区，土壤越干，陆气耦合强度越大，这种因土壤湿度不同而导致的耦合强度的显著差异，存在于从土壤湿度到蒸散发，再从蒸散发到边界层水汽和不稳定度的各耦合过程中，产生这种差异的主要原因是上述区域土壤湿度变率大。. ③ 建立了气候过渡区土壤含水量与土壤阻抗参数化关系. 通过确定土壤孔隙空间相对湿度值、饱和水气压、水气压、水密度、比热容、湿度常数和空气动力导度，确定出土壤体积含水量与土壤阻抗的参数化关系式示。土壤阻抗随着土壤含水率的减小呈指数级增加，当接近萎蔫系数值为7.5%时，土壤中的水分将不再向大气传输。. ④ 确定了气候过渡区广义蒸散互补理论关系. 拟合的气候过渡区广义蒸散互补理论关系表现为值的分布集中在湿润度指数较高区域，而我国气候过渡区湿润度指数低值更多，显示出偏干的气候特征。. 通过本项目的实施，1人获甘肃省科技进步二等奖，2人获国家自然科学基金青年基金资助，1人晋升正高级职称，3人晋升副高级职称，培养硕士1名。