陸面水文過程是全球水循環的重要組成部分，控制著陸地與大氣間的水分和能量交換，影響著水分的蒸散發、土壤含水量和徑流的產生。研究表明(孫嵐等，2001；Chahine，1992；Entekhabi et a1．，1999)，陸面水文過程對區域氣候有重要的影響作用。陸氣之間的相互作用，引起了大氣的溫濕變化，從而導致了天氣和氣候的變化。陸地表面的蒸散發是大氣水汽的主要補給源，同時還控制著潛熱從陸地反饋回大氣。據統計，在全球的陸地上平均來講，只有35%的降水來自於水平輸送的海洋上空的水汽，其餘65%的降水則完全來自於陸地表面的蒸散發(Chahine，1992)。蒸散發又受制於土壤含水量，土壤含水量越高，蒸散發越大，進而能增加當地的降水以及影響大尺度的水循環。在氣候系統中，作為邊界條件的土壤含水量，有著與海面溫度(SST)同等的重要性(Entekhabi et a1．，1999)。Ko—ster et a1．(2004)在研究陸氣耦合的強度中發現，利用陸地上的一些“熱點”(hotspots)地區的土壤含水量信息可以提高北半球夏季降水的預測能力。在某種意義上，這些“熱點”區域類似於熱帶中東太平洋上的“厄爾尼諾熱點”區。據此，他們提出了利用土壤含水量的變化來預測降水的新方法。
基本介紹
- 中文名：陸-氣互動作用
- 外文名：Land-air interaction
- 又稱：陸氣耦合
概述,耦合方法,套用研究,
概述
雖然陸面水文過程在氣候系統中的影響作用早就受到重視並被引入全球環流模式GCM中(e．g．Manabe，1969；Deardorff，1977；Sellers，1986；Noilhan，1989)，但陸面水文過程對區域天氣的影響卻是最近才被認識到的，相關的研究文獻並不多見，尤其是對區域降水的影響研究。在天氣預報模型中引入先進的陸面水文模型，將提高降水預報的能力(Betts et a1．，1997；Entekhabi et a1．，1999；Wen et a1．，2000)。Betts et a1．(1997)評價了NCEP Eta模型的兩個作業預報版本，通過對48h預報成果的分析，結果發現擁有新的陸面水文模型的版本改進了模型對陸氣間相互作用的模擬，成為提高降水預報能力的關鍵因素。Entekhabi et a1．(1999)比較分析了在兩種不同陸面水文模型下，能提高數值天氣預報模型預報36h降水的能力。他們發現改進陸面水文模型對物理過程的描述和提高初始土壤含水量的精度後，天氣預報的能力有顯著的提高，而且提高的幅度可相當於對預報模型增加一倍水平解析度的效果。Wen et a1．(2000)也得到了相同的結論，他們採用兩種不同的水平解析度和陸面水文模型模擬了一場48h的降水。同時，他們指出陸面過程在短期降水預報中具有重要的實際意義，特別是在不同的地面植被覆蓋情況下，陸面過程的處理方式對降水模擬的影響是敏感和顯著的。
通過耦合陸面水文模型可以提高數值天氣預報模型預報降水的能力，這就為建立先進的洪水預報方法提供了基礎。傳統的洪水預報模型是以實測的降水為輸入的，其預見期非常有限，決定於降水發生之後洪水在流域中的傳播時間。要提高預報的預見期，最有效的方法是在降水未發生以前獲取其信息，引進降水預報的預見期。近來一些研究表明，可以穢博雷達圖像來預報降水(James et a1．，1994；Mimikou,199囂)。這樣的確可以提高預報的預見期，但膏鰣E常有限，雷達一般只可以預報3h的大範圍水平移動的雨區(Zawadzki et a1．，1994)，即使是使用組合雷達也僅能預報6K降水(Ger-mann et‘al一2002)。要獲取更長的預見期，引人中尺度數值天氣預報的脾水將是一個可選的方法。
耦合方法
一種是單向耦合，大氣模型只提供輸出數據給陸面水文模型；另一種是雙向耦合；大氣模型不但提供輸出數據給陸面水文模型，而且接受陸面水文模型的反饋。
套用研究
(1)提高洪水預報的預見期；例如，Yu et a1．(1999)採用雙向耦合模型系統(MMS/HMS)模擬了三場洪水，結果表明他們建立的耦合模型系統能很好地摸擬雨型，能較好地模擬流域出口流量過程。同時，他們建議次格線的空間不均勻性是陸氣耦合模型研究中必須考慮的。Anderson et a1．(2002)採用單向耦合系統(MM5/HEC—HMS)，將中尺度天氣模式(MM5)預報的降水輸入陸面水文模型(HEC-HMS)來預報水庫入庫流量，獲得了48h的預報預見期，為水庫管理提供了決策支持。Jasper et a1．(2002)將五個大氣模型和一個陸面水文模型(WaSiM—ETH)分別作了單向耦合，研究陸氣耦合模型在洪水預報中的套用。他們指出耦合不同的大氣模型，預報結果有很大的差異；預報降水的位置和雨量即使只有相對較小誤差，也將導致流量預報的巨大誤差；耦合模型的改進將主要依靠大氣模型的改進。Lin et a1．(2002)採用雙向耦合(MC2/CLASS*/GUH)系統成功地重建了一場暴雨洪水過程線，顯示了陸氣耦合模型預報暴雨洪水的能力並能提供較長的預見期。
(2)提高大氣模型的預報能力。Seuffert et a1．(2002)採用雙向耦合系統(LM/TOPLATS)研
究區域天氣，將中尺度數值天氣預報模型(LM)耦合陸面水文模型(TOPLATS)後，提高了大氣模型對陸氣間的能量通量和降水的預報能力。
(3)驗證大氣模型。Dueharne et a1．(2003)開發了一個大尺度匯流模型(RiTHM)並將其耦合到大氣模型(LMD GCM)中，用於模擬大流域出口斷面的流量過程。這樣，就可以用實測流量來驗證。
