青藏高原区域尺度地表感热的估算及其对我国西南地区气候的影响

The change of the surface sensible heat in Qinghai-Tibet plateau has an important effect on East Asia even the global atmospheric activities. In recent years, frequent droughts bring serious influence on the people's production and life in southwest area of China. The goal of this project is trying to get a better estimation scheme of regional surface sensible heat flux in the Qinghai-Tibet Plateau and study its influence mechanism on the climate change of southwest China. It is the key point of the surface sensible heat flux calculation that how to apply the surface thermal drag coefficient (Ch) from local values to regional scope. So we will do the following works:(1)Study the estimation method of regional scope Ch in different underlying surfaces of Plateau using the ground meteorological observation data from field experiment over the Qinghai-Tibet Plateau in recent years and the normalized difference vegetation index (NDVI) data observed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) remote sensing satellites.(2)Estimate the surface sensible heat flux in plateau region by the optimal parameter fitting scheme and comparative analysis the temporal and spatial variation characteristics with the existing multiple surface sensible heat flux data of plateau, and point out their differences and analyze the possible reasons.(3)Detailed study the influence of surface thermal transfer anomaly in the plateau on the climate change of southwest China, form a concept model and through the numerical test to verify it. The study results will provide important information for plateau climate dynamics, and provide theoretical foundation for short-term climate change, climate prediction research and the enhancement of numerical model simulation ability, and also provide scientific basis for disaster prevention and mitigation of China.

本项目试图得到青藏高原区域尺度地表感热通量较准确的估算方案，研究高原感热异常对我国西南地区气候变化影响的物理过程。由于地表热力拖曳系数Ch值由“点”到“面”的推广研究是区域尺度地表感热计算的关键。为此，项目将（1）利用较新的青藏高原野外试验地面观测资料结合卫星遥感观测的归一化植被指数(NDVI)资料，对高原不同下垫面区域尺度Ch值的估算方案进行探索研究；（2）利用得到的最优参数化方程计算高原区域尺度长时间序列地表感热通量，并与现有多种高原感热资料进行时空变化特征的比较分析，指出差异同时分析其可能原因；（3）重点研究高原地表热力异常对我国西南地区气候变化的影响及其途径，给出概念模型，并通过数值试验加以验证。研究结果将为高原气候动力学研究提供重要资料信息；为我国短期气候变化、气候预测研究和数值模式模拟能力的提高提供理论基础，也为国家的防灾减灾提供科学依据。

本项目研究得到了针对青藏高原中东部区域尺度地表热力拖曳系数Ch值估算的参数化关系式，给出了四季高原中东部区域尺度地表Ch值的分布，得到了1981-2012年历年各月地面感热通量序列，将其与再分析感热资料和阳坤等计算的感热序列进行了对比分析，并在此基础上对其时空分布特征及异常变化规律进行了系统地研究，建立了可以较好表征高原中东部地面热状况的地表感热强度指数，同时分析了我国西南地区四季干湿时空变化特征及其成因，研究了高原冬、春季地面感热异常对我国西南地区夏季干湿状况、气温和降水的影响及其机理。得到的主要结论有：（1）我国西南地区在1980s末期出现干旱化趋势，21世纪初干旱化趋势明显，其中以东部干旱化趋势显著；干湿变化主要存在全区域一致和东西反相两个主要异常模态，偏干状况主要由高温和少雨共同作用造成，而偏湿状况则分低温偏湿和多雨偏湿两种类型。（2）青藏高原中东部地表Ch值具有显著的空间差异和季节演变特征；地表感热的年际变化在冬季主要响应于地气温差的变化，夏季则受地面风速影响较大；由于近年来地面风速减小趋势的趋缓和地气温差的增大，感热的四季演变趋势均在2002年前后由逐年减弱转变为增强。（3）当高原冬、春季地面感热异常偏强时，后期对流层中上层高度场异常偏高，且高度场异常偏高的响应随时间从低层向高层传递，导致夏季副热带高压偏强、偏西，南亚高压异常偏强，使得我国西南和华南地区夏季异常偏干，降水异常偏少，高温日数异常偏多、高温集中度异常偏强，极端高温事件强盛；感热输送异常偏弱时，与之相反。本项目研究成果为我国西南地区短期气候预测和防灾减灾提供了一定的科学依据。