中国北方土地覆盖变化对夏季降水日变化影响的观测和模拟研究

Land use and land cover change (LUCC), which is highlighted as one of the important anthropogenic forcing, is still not generally recognized in climate assessments as having a role on precipitation. The effects of LUCC in mid-latitudes areas still have limitations and exists many uncertainties. In this study, we aim to focus on the land cover changes in northern China. For the observational component, we will use observations data to identify the features of summer daily precipitation from different adjacent land cover types to understand how land cover changes affects precipitation diurnal variation. For the modeling component, we intend to investigate the possible effects of LUCC on the frequency and intensity of precipitation through CMIP5 multi-model simulations. Moreover, we will explore the characteristic of exchanges of heat and water between land surface and the overlying atmosphere and the possible physical mechanisms of responses of the diurnal variation of precipitation to realistic land cover changes over northern China based on numerical simulations. Through this project, we try to deepen our understanding in the physical mechanisms of LUCC on precipitation diurnal variation and their impact on climate change over China.

土地利用/土地覆盖变化被认为是重要的外强迫因子，如何在气候评估中认识其对降水的作用是当前研究中的难点，而关于中纬度地区的土地覆盖变化问题最具争议。项目拟以中国北方地区的土地覆盖变化问题为切入点，通过选取相邻不同典型下垫面，利用观测统计分析研究不同类型土地覆盖变化对夏季降水日变化特征的影响；基于CMIP5耦合模式的模拟结果，评估土地覆盖变化对夏季降水频率、降水强度等日变化特征的影响；针对北方地区当代真实的土地覆盖变化状况，通过数值模拟，分析地表和大气间能量、水分等交换特征，揭示影响夏季降水日变化特征的可能物理过程，探究北方土地覆盖变化对中国夏季降水的可能影响及其相关的机理问题。通过项目研究，旨在进一步加深对中国区域土地覆盖变化影响降水的机理及其对气候变化的理解。

项目以中国北方地区的土地覆盖变化为研究切入点，旨在通过观测和数值模拟相结合，揭示北方土地覆盖变化影响降水日变化的可能物理过程，探究土地覆盖变化对降水日变化影响的物理机制，主要研究进展包括：1）探讨了中国北方地区降水日变化（包括降水量、降水日数、降水强度等）的特征，发现极端降水日数和极端降水贡献率在90年代末发生了年代际减小；2）揭示了中国北方地区土地覆盖变化特征及其气候效应，土地覆盖变化对植被生长季以及夏季降水变化的影响主要在中国北方地区；3）揭示了CMIP5多模式中土地覆盖变化的非对称影响的不确定性以及可能原因，土地覆盖变化导致的湍流热通量的再分配作用以及日内温度变率变化的影响十分重要。不同模式对粗糙度描述的差异也很可能是产生多模式间不确定性的重要因素；4）揭示了中国区域土地覆盖变化对极端事件的影响及其可能成因，地表能量分量的区域性差异主要受到区域特定的能量收支各个分量的气候平均态以及区域特定的森林砍伐类型主导的不同生物地球物理过程导致。为进一步明确土地覆盖变化的作用，需要重新评估模式对于地表感热和潜热的空间分布，以及模式中降水和水汽辐合的空间分布。土地覆盖变化不仅跟潜、感热有关，而且与土地覆盖变化造成的地表反照率和粗糙度的变化相联系。通过项目研究，在土地覆盖变化的气候效应、陆气相互作用的机理，尤其是土地覆盖变化影响中国区域极端降水（日变化）的物理机制方面获得了一些认识。