关中平原麦田干热风形成机制及其陆气交换特征的数值模拟.pdf

关中平原麦田干热风形成机制及其陆气交换特征的数值模拟 王姝1，刘树华1，，郑辉2，缪育聪1，赵靖川1I3，李源4，盛黎5，郑亦佳1，朱 琳6 1北京大学物理学院大气与海洋科学系，北京100871 2中国科学院东亚区域气候一环境重点实验室，北京100029 3云南大学资源环境与地球科学学院，昆明65009l 4天津市环境监测中心，天津300191 5中国气象局国家气象中心，北京100081 6中国气象局国家卫星气象中心，北京100081 摘要 下热风是常发生在中国北方冬小麦产区的高温、低湿、风速较大，并伴随有强热量交换和水分蒸发过程的农业气象灾害。 当其发生对如果不能保证作物水分的供给，将严重影响产量．因此，开展干热风发生机理的准确模拟与预报，对指导采取适 Researchand 时的农田管理措捕，保障小麦产蕞至关重要。本文应用中尺度气象模式WRF(Weather Forecasting)与jt京大学陆 LandModel)降尺度耦合的模拟方法，结合气象台站观测与风云3A卫星遥感反演的叶面积 面模式PKULM(PekingUniversity 指数数据，对关中平原2009—2013五年间千热风过程中农田生态系统温度、湿度、风速、感热通援、潜热通鬣进行了数值模 拟。本研究准确模拟出了千热风发生期间的大气温度、相对湿度、风速、土壤温度、土壤含水量及冠层感热通量、总感热通 鬣、冠屡潜热通量和总潜热通餐等关键气象要素特征，揭示了本地区于热风的两种形成机制。模拟结果表明：WRF对千热风 过程的温度场、湿度场与风场模拟比较准确，PKULM对于植物在干热风过程中、特别是气孔关闭阶段的感热、潜热通量的 LandSurface 模拟明照优于WRF．NoahLSM洲oah Model)的模拟效果。模拟结果与相应气象要素的观测值数值接近、变化趋 势一致，在实际千热风发生时间段内的各要素模拟值均达到干热风指标。 关键词：千热风，WRF，北京大学陆面过程模式，气孔关闭。关中平原 1 引言 近年来，随着全球变化的加剧，气候极端事件和气象灾害发生频次明显增多对粮食安全生产的威胁已 引起世人的广泛关注。从二十世纪八十年代后期开始，中国气候进入了明显变暖的时期，1990—2009年增温 幅度达0．45C／10a，为五十多年内平均增温幅度的1．5倍(虞海燕等．2011)。有学者通过观测分析和模拟预测， 如果年平均温度持续升高。中国农业气候带将向北、向西以及向高海拔移动，农业的区域特征以及种植结 构也将发生明显变化(杨晓光等，2010：李克南等，2013：李棒君王春乙。2010)。农业生产对种植区热量水 分因子变化的响应表现为多尺度、多因子的反馈效应，同时，全球变化带来的各种农业气象灾害频繁发生， 使得气候变化对农业的影响复杂化。 小麦是我国北方最重要的粮食作物之一。干热风是在小麦扬诧灌浆成熟的产量生成期间常常会出现的 一种高温、低湿并伴有～定风力的强蒸散灾害性天气。它可使小麦失去水分平衡，破坏小麦生物酶的活性· 使得小麦各项生理机能受到抑制、导致小麦萎蔫、淀粉合成受抑(赵娜刘赞，2011)，谷粒淀粉含{l}明显下降 以致减产(霍治国等，2007)。在全球变暖背景下，干热风和干旱等气象灾害的响应更为突出和敏感(邓振镛 等，2009)。近年来对干热风发生特征、时空分布规律的研究表明，中国北方千热风多发于5月中旬至6月中 基金项H：嘲家科技支撑计期(2012,BAH29803)资助． 作者简介：王蛛，女，1989年生．博士研究生．从事大气边界屡物理和l疆域气候变化研究．E-mail：wangshu2011@pku．edu．cn ‘通讯作者；刘树华，教授，博士生导师．从事大气边界层物理和区域气候变化教学和研究．E-mail：Ishehua@plm．edu．crl l，ls 旬，冬小麦干热风多发予华北平原，春小麦千热风多发于河套平原以