陆气相互作用

　　陆气相互作用

　　    陆气关系研究是地球物理科学的水文科学领域的一个重要分支，主要关注陆气相互作用，即陆地表面与大气之间热量、动量、水分交换及其对地表能量收支和水文循环的影响和调节，揭示大气活动对陆地表面特征响应及反馈机制，定量表征气象气候系统响应外部强迫和调整内部变化。陆面热力状况、土壤湿度、积雪、植被覆盖等要素通过潜热／感热通量影响边界层垂直结构和混合过程，进一步对陆地本身、边界层、大气环流、区域乃至全球气候产生重要影响。

　　    陆气相互作用的研究方向包括陆地下垫面构成的影响（如地形、城市、植被、河流湖泊等）、陆面基本要素的影响（如粗糙度、反照率、土壤湿度、地表温度等）、陆面引起非均匀环流的影响（如海陆风、山地平原环流、边界层辐合线等）等。

　　    此外，陆面特殊的物理性质对大气的强迫具有很强的日变化、季节变化、记忆性、非均匀性等重要特征。早期研究集中于陆面地表通量、陆面参数化方案的敏感性试验等，主要利用陆面过程提高一些关键天气过程的模拟。近年来，更多研究开始探究陆气相互作用对降水日变化、空间分布、触发机制以及高温热浪维持增强等极端气候事件过程的影响。陆气相互作用不仅为各种极端事件提供了下边界条件，也能通过其中的非均匀环流触发、增强或限制极端事件的发生发展。

　　    陆气相互作用研究方法主要依靠高时空分辨率观测数据与数值模式等，同时借助可靠的野外观测试验和地面雷达、卫星（可见光、雷达、微波）影像等海量的多源精细观测资料进行理论分析与实证。随着陆面及气候模式中城市模型、人类用水活动参数化方案等的发展，模拟城市气象条件和边界层过程能够刻画复杂城市化因素对陆气相互作用过程的影响，同时也可考虑水资源管理和生态建设等人类活动对陆气水循环的影响。

　　    目前主要研究内容涉及构建陆气耦合数值模式，评估陆气相互作用过程的综合效果，优化模式参数化方案，研究从日内到年代际的多时间尺度和复杂空间分布的时空非均匀强迫影响不同气象气候过程（特别是极端事件）的物理机制与变化规律，借助高时空分辨率观测数据进行统计验证及预估未来演变。但是陆气相互作用过程是相当复杂，当前的研究和应用中，仍存在较多问题和挑战，例如土壤湿度的降水的反馈过程对于强对流、暴雨、热浪、低温等极端事件的影响及其相关机制，需要更多详细的案例观测和研究；非均匀陆面热力强迫产生的较大尺度异常环流对气象气候过程的影响研究较多，但是对更小尺度陆地下垫面非均匀性的影响研究相对较少。不断进步的陆气相互作用研究为极端事件提供新的预报方法与思路、改进现有陆面及气候模式中的陆气耦合模拟，从而提高预测预报能力和可靠性。

　　    在气候变化和人类活动导致的土地覆盖剧烈变化的复杂背景下，存在暴雨、热浪、洪涝、干旱等极端事件增强增多的趋势。陆气相互作用研究有助于揭示极端事件的特征规律与物理机制，改进数值模式中相关参数化方案及发展更综合的陆面过程模式，对变化环境下极端事件研究具有很高的参考价值。

　　摘自《水文》2023年1期