青藏高原地表能量通量的估计

第21卷第12期2006年12月

地球科学进展

A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC E

V o l.21　N o.12

D e c.，2006

文章编号：1001-8166（2006）12-1268-05

青藏高原地表能量通量的估计

季劲钧1，2，黄　玫2

（1.中国科学院大气物理研究所，北京　100029；2.中国科学院地理科学与资源研究所生态系统

网络观测与模拟重点实验室，北京　100101）

摘　要：利用1981—2000年逐日气候、植被和土壤基础资料作为输入，以大气—植被相互作用模式（A V I M2）计算了青藏高原0.1°分辨率的年平均地表能量通量的空间分布和季节变化特征。结果显示，年平均地表净辐射通量由高原西南部的100W/m2减少到东部的70W/m2左右。高原东南部的林区潜热通量强而感热通量弱，从高原东南向西、向北潜热通量逐渐减少，而感热通量逐渐增大。

夏季这种趋势更加显著。冬季除东南部外，高原上广大地区地表能量通量都较低。

关　键　词：青藏高原；能量通量；A V I M2

中图分类号：S161.2＋1 文献标识码：A

1　前　言

早在20世纪50年代，叶笃正等［1］就发现青藏高原不仅起到以其巨大的山体迫使大尺度气流绕流或爬升的动力作用，同时它还是抬升到对流层中层的热源，影响着东亚乃至全球的环流和气候［2］。此后人们一直企图估计高原热源的分布和强度的变化以及高原热源对大气环流和气候的影响。对于高原热源，一方面可以由大气和地表的辐射能传输和环流推算高原上空热源的强弱；另一方面可以直接从地表的能量和水分收支来估计高原地表对上空大气能量的输送。为了直接测量地表能量收支，不同规模的观测试验持续不断，其中1979年夏季的第一次青藏高原气象科学实验、1998年的第二次青藏高原大气科学试验（T I P E X）和“全球能量水循环亚洲季风青藏高原试验研究”（G A M E/T i b e t）［3］是较为突出、规模最大的综合试验，获得不少可贵的资料。青藏高原气象科学实验课题组利用这些资料对高原的热源作过初步的统计，出版了地面辐射平衡和热量平衡图集［4］。也有作者对单站或小区域的能量和水分通量做了估算［5～9］。吕建华等［10］以3年的站点上的气候、植被和土壤资料，利用陆面过程模式对青藏高原夏季地表的能量、水分通量和植被的生产力等进行了模拟，这些结果给了我们对青藏高原地表能量和水分通量一些定量的认识。但是由于作者使用的资料时间短，或只是个别站点的观测，因此对青藏高原整体的地表能量和水分通量仍缺乏了解。本文利用青藏高原及邻近地区近20年（1981—2000年）逐日气象资料和新整编的高分辨率的全国植被分布和土壤质地资料，以改进的大气植被相互作用模式（A V I M2）对青藏高原气候区的地表能量、水分和二氧化碳交换通量进行模拟计算，下面给出的是其中地表物理通量的空间分布和季节变化结果。

2　模式和资料

2.1　模式简介

本研究中用于计算地表通量的模型是改进后的大气植被相互作用模型A V I M2。原A V I M［11～13］主要有两部分，即物理传输模块和植被生长模块。物理模块中包含了大气、植被和土壤间的辐射、热量和

　收稿日期：2006-10-11；修回日期：2006-11-02.

*基金项目：国家重点基础研究发展计划项目“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”（编号：2002C B412500）；国家自然科学基金重大项目“区域生态系统过程功能和结构对全球变化响应和适应的集成分析”（编号：30590384）资助.

　作者简介：季劲钧（1937-），男，江苏人，研究员，主要从事气候变化和全球变化研究. E-m a i l：j i j j＠m a i l.i ap.a c.c n

水分的传输，而植被生长模块中包含了植物的生理生态过程。两部分相互作用构成一体，新版的A V I M2对若干物理和生理过程的参数化作了改进，采用了多层的土壤模型和新的水文过程参数化［14］。同时增加了详细的土壤碳循环模块，包含了植被凋落物的分解和异养呼吸过程。模式以近地面大气状况、大气二氧化碳浓度、植被和土壤等基础信息作为输入，计算大气、植被和土壤之间的水分、能量和C O

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交换过程。模拟植被、土壤的温、湿状况和植被生长过程以及土壤碳的动态变化过程。

2.2　研究区域及资料

本研究的空间分辨率为0.1°×0.1°经纬度网格，研究区域以我国气候区划所划出的青藏地区作为标准，地理位置大致位于80～105°E和27～40°N 之间。文中所用的1981—2000年的气候观测数据来源于中国气象局气候资料中心。文中采用澳大利亚A NU SPL I N3.1插值软件的样条函数插值法对气象数据进行了空间插值，在内插中主要考虑了经纬度的影响，在对温度的插值中还考虑了海拔高度的影响。植被分类采用国际地圈生物圈计划（I GB P）分类系统，共分为14类。土壤质地分类是在1∶1400万中国成土母质类型图和中国科学院南京土壤研究所编制的中国土壤图的基础上形成的，共分为12类。

3　结果分析

3.1　年平均地面能量通量

首先来看青藏地区地表净辐射通量、感热和潜热通量的年平均量的空间分布格局。图1（见图版Ⅸ）是多年平均地表净辐射通量的空间分布。其最大值出现在高原的西南和东南部，约100W/m2，最低值出现在东部，变化于60～70W/m2之间，北部在70～90W/m2左右。总体上有由西南向东减少的趋势。这种分布型与总辐射的分布格局有关，高原东部的云量较大是主要原因。

地表感热通量的多年平均空间分布见图2（见图版Ⅸ）。显然，从东南部的20～50W/m2向西和西北方向增加，最大值在西南边界和柴达木盆地，约为70～100W/m2。

多年平均地表潜热通量的空间分布如图3（见图版Ⅸ）所示。最大的潜热通量出现在高原东南部察隅地区，强度为50～70W/m2，其次是高原东部四川、云南一带，其余高原上广大地区潜热通量都比较低，约在30W/m2以下，相当大部分地区不足10W/m2。

感热和潜热通量这一分布特点与地表覆盖和海拔高度有很大关系。高原东南部、藏南和云南等地区地势较低、雨量充沛，有森林分布，因而蒸发强而感热较弱。而高原西部和北部为荒漠草原和稀疏灌丛，降水量稀少，因而在这些地区蒸发量很小，地表热量交换以感热为主。因此全年来看，青藏高原的东南部地表吸收的太阳辐射主要以潜热形式向大气输送，而在广大的西部和北部地区，则以感热输送为主。3.2　地表能量通量的季节特征

以上给出了青藏高原年平均地表能量通量的空间分布特点以及与地形和植被覆盖的关系。这些特点在季节分配上将是怎样的呢？现在选择几种不同类型的具有地区代表性的区域来看能量通量分量的季节特征。沿95°E自南向北分别取29°N，32.5°N 和37.5°N3个区代表东南部森林、中部高山草甸和北部稀疏灌丛。另取82.5°E，32.5°N代表西部的半荒漠地区。将以上各区域到达地表的总辐射能、净辐射通量、感热和潜热通量的1月和7月值列于表1。

首先来看冬季地表的能量收支情况。到达地表的总辐射沿95°E向北，由南端的136W/m2向北降至北端的93W/m2。这显然反映了太阳辐射随纬度变化的特征。相应地，地表净辐射通量也有相同的趋势。由南部的76W/m2减小到北端的39W/m2。冬季高原南部的感热通量较大，达49W/m2，高原大部分地区在30～40W/m2之间，东西向差异较小。

表1　青藏高原不同类型地表冬、夏能量通量（W/m2）

T ab l e1　T he e n er gy f l ux e s f or s um m e r a nd w i n t e r i n d iff ere nt l and c ov e r i n T i b e t an p l a t e au 植被稀疏灌丛荒漠草原高寒草甸森林

经纬度32.5°N，82.5°E37.5°N，95°E32.5°N，95°E29°N，95°E 地表总辐射135/19093/221112/195136/180净辐射通量48/9539/12246/10976/116感热通量41/6635/8538/4149/20潜热通量7/294/378/6827/96 注：表中数值为所在经纬度网格的值，斜线左为冬季值，右为夏季值

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