青藏高原春季土壤湿度变化规律及其对夏季降水的影响

Soil moisture is a key state variable of the land surface process controlling the partition of rainfall to subsoil drainage, surface runoff, or evaporation from the land surface. It plays an important role in the exchanges of energy, water and carbon between the land and the atmosphere. Understanding the spatiotemporal distribution and their effects on precipitation are crucial for investigate the role of the hydrological cycle in the climate system and a variety of ecological and biogeochemical processes. Meanwhile, global climate change deeply influences the distribution of soil moisture with land-atmosphere interaction. .This research project focuses on the distribution and influence of spring soil moisture to summer precipitation over the Tibetan Plateau and its surrounding areas, choosing the areas with different and typical underlying surface as the key region, validates and assesses the adaptability of multi-source data over the Tibetan Plateau such as observational data derived from meteorological stations of soil moisture, reanalysis dataset obtained from numerical simulation model and satellite remote sensing products. This study will analyze the spatiotemporal distribution of spring soil moisture and its abnormal characteristics over the plateau under the background of global climate warming, deeply considers the relationship between spring soil moisture and summer precipitation and find out the forecasting information from earlier soil moisture for later precipitation prediction. With regional climate model to carry out the numerical simulation experiment for the influence of spatial distribution and variation tendency of spring soil moisture to summer precipitation over the plateau as well as to reveal the possible impact mechanism of soil moisture and thermodynamic effects over the plateau on precipitation, providing scientific evidence for disaster warning, forecasting and the climate adaptation decision-making system over the plateau and its surrounding areas.

项目以青藏高原春季土壤湿度变化规律及其对高原及周边地区夏季降水的影响作为研究目标，选择青藏高原不同下垫面的典型区域作为重点关注区，依托农业气象站、近期新建土壤湿度观测站、数值模式再分析以及卫星遥感等不同来源的资料进行综合分析，探讨多源土壤湿度产品在青藏高原地区的适用性。分析在全球气候变暖背景下青藏高原春季土壤湿度的时空演变和异常分布特征，进而揭示青藏高原春季土壤湿度与夏季降水之间的关系,从前期土壤湿度特征寻找后期降水的预测信号。采用区域气候模式，开展青藏高原春季土壤湿度空间分布和变化趋势对高原夏季降水影响的数值模拟试验研究，讨论高原土壤湿度和热力作用对降水分布的可能影响机制，为青藏高原及周边地区灾害预警、气候预测和气候应对决策系统提供科学依据。

青藏高原作为全球气候变化的敏感区，其地气间的水分与能量交换对亚洲季风和全球大气循环有着极大的影响，且高原地区的土壤水分数据能够为陆－气相互作用和数值模拟等研究提供重要的观测信息和初始输入数据。项目探讨了青藏高原春季土壤湿度时空分布特征和变化趋势，以及春季土壤湿度与高原区域夏季降水的关系，试图从春季土壤湿度特征中寻找高原夏季降水的预测信息。结果表明，（1）青藏高原春季土壤湿度具有西北部偏干、东南部相对偏湿的分布特征；不同层次土壤湿度日内变化较小，月变化呈单峰型结构、峰值和谷值基本出现在8月和12月，土壤湿度上升速率较下降速率缓慢。区域尺度上GLDAS-NOAH资料显示出类似的变化特征。浅层土壤湿度最大，中间层较大，深层土壤湿度最小。土壤湿度与气象要素在不同时段的相关性存在一些差异，但总体上土壤湿度与气温、降水量和相对湿度呈正相关。（2）青藏高原上CMIP6集合平均土壤湿度总体高于Noah产品，季节变化幅度明显小于Noah产品；各模式模拟的土壤湿度差异较大，在偏差、线性相关、标准差、场相关4个维度上，表现最好的模式分别为AWI-ESM-1-1-LR、NorESM2-MM、CanESM5、TaiESM1。（3）青藏高原北部春季土壤湿度较大时，对应高原北部地区和东南部地区夏季降水偏少；高原大部分地区春季土壤湿度较大时，高原北部、中部地区夏季降水偏多，南部夏季降水偏少；在高原春季土壤湿度偏大的年份，环流形势表现为“+-+”形式，正距平中心位于高原南部和印度北部地区，且有槽存在时，会导致地面降水量增多。（4）春末表层土壤湿度与高原初夏降水呈显著正相关，在空间上土壤湿度南北反向模态对应高原初夏降水的南北偶极子模态；从定义的反映春末土壤湿度西北与东南梯度的指数数值试验可知，指数加倍后能够通过增强高原热源，抽吸周边大气向高原中部聚拢，造成高原中部唐古拉山脉一带大气增温增湿、导致降水明显增加，不过这种机制在旱年作用不太明显。（5）高原春季土壤湿度存在明显的年代际变化特征，并且与高原夏季风、高原夏季降水量在年代际尺度上呈正相关，高原夏季风与夏季降水量的年代际异常变化是春季土壤湿度发生年代际变化的主要原因。