大气对陆面过程的敏感性研究

早期，关于陆气相互作用的研究，主要集中在陆面过程的敏感性研究方面。下面从不同的角度对这方面的工作作简单的总结。

反照率

地表反照率的变化是陆面异常最重要的特性之一，土壤水分、植被覆盖、积雪覆盖等陆面状况的异常均能引起地表反照率的变化。反照率的变化通过影响地表能量平衡直接对大气产生影响。

土壤湿度

地表水循环是气候系统的一个重要分量，土壤湿度是地表水循环的重要组成部分，土壤湿度的变化不仅会对地表水循环产生影响，而且会改变地表蒸发，直接影响地气之间的水分交换和能量通量。

土壤温度地表热状况

土壤的热容量远大于空气,土壤的热状况及其变化将会对大气的陆面下边界起重要的作用。土壤温度的变化可以直接影响地气之间的感热通量及辐射通量，从而对气候变化起到反馈作用。叶笃正等研究了青藏高原加热对夏季东亚大气环流影响；刘晓东等研究了青藏高原地表热状况的异常对夏季大气环流影响。

陆面过程观测研究

20世纪80年代以来,陆气相互作用的研究引起了科学界的广泛关注。为了深入认识陆气相互作用,改善对陆面过程的描述及其参数化方案,在WCRP和IGBP的协调和组织下,大量国际研究计划相继开展。这些观测计划很大程度上反映了陆气相互作用研究的发展趋势。

针对不同的气候区域,以上的陆面观测研究计划分别对陆表水文、能量平衡、地表及土壤水热传输、地气通量交换、生态系统、云和辐射、边界层等项目进行了观测,为陆面模式的发展和陆面过程的参数化方案提供了必要的条件,推动了陆面过程数值模拟研究的发展。另外,从20世纪80年代初至今,陆面观测研究所关注的气候区域发生了明显的变化:早期的观测主要集中于热带地区,目的是为了研究热带雨林所代表的稠密植被下垫面—大气之间的相互作用;其后,观测的气候区域逐渐扩展到了干旱—半干旱区、中纬度草地、农耕地;而最近的陆面观测则针对不同的气候区域,在全球范围内全面研究与陆面有关的各种过程,季风区以及中高纬寒区的陆—气相互作用、生态系统—气候相互作用的研究占据了重要的位置,而有关干旱—半干旱区、积雪、苔原冻土等特性下垫面的研究也逐渐受到了重视。

问题及发展趋势

从陆气相互作用的研究和陆面模式的发展来看,近年来,陆面过程的研究确实取得了很大的进展。然而,尽管各种复杂的陆面模式相继发展,在一定程度上改善了气候模式对陆面过程的模拟能力,但在陆面模式的研究中仍存在大量有待深入研究的问题。 PILPS通过对20余个具有代表性的LSM的比较,发现众多的LSM在相同的大气强迫下,对陆面水循环和地气通量的模拟存在显著的差别,一方面说明了LSM中的参数化方案仍很不成熟,另一方面也说明了陆面过程的复杂性较高。

因此,在未来几年里,陆气相互作用及陆面模式研究将主要集中在以下几个方面: 1)利用卫星、遥感等多种手段,发展新的资料获取方法,为陆面的模式发展提供更准确、完善的陆面特征参数和陆面资料;2)改善和发展有效的陆面非均匀的参数化方案,以及复杂陆面状况下的边界层理论;3)描述次网格地形及其对湍流通量输送等过程的影响;4)改善地表水循环的参数化方案,合理考虑和描述地下水对陆面过程的影响;5)加强陆面模式对生物碳循环过程、生物通量的描述(CO2等气体通量)及生物反馈机制的模拟研究;6)深入研究特殊下垫面的陆气相互作用研究(诸如积雪、苔原冻土、干旱和半干旱区等),改善陆面模式对不同下垫面陆面过程的模拟能力;7)陆面模式及各种参数化方案的全面比较,发展有效的综合陆面方案。