局地下垫面因子对主要气象要素的影响研究

蔡晓禾　廖廓

摘 要：近年来，全球变暖问题日益引起人们关注，人类在生产和生活中，对气候情况的研究和分析越来越深入。在生态环境中，和人们紧密相关的要素为气象要素，通过对气象要素进行研究，可以对气候变化情况及环境状况进行准确把握，因此，对局地下垫面因子给主要气象要素造成的影响进行研究，不管是对于气象理论还是现实实践，都具有极为重要地意义。

关键词：下垫面因子 气象要素 影响

中图分类号：P463.1 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-144-02

近年来，各种环境问题层出不穷，全球变暖问题已经获得了越来越多的关注及重视。气象要素是人们在生产与生活中接触最多、关系最为密切的环境要素之一，因此，对气象要素展开研究是必要的。气象要素受到多方面因素的制约和影响，而局地下垫面因子是重要影响因素之一。

1 局地下垫面因子概述

当降水降落到地面上之后形成径流时，会受到地面上各种自然地理特征因素的影响，如地表类型、海陆分布和地形等，这些影响因素都可称做下垫面因子。在地球表面的大气运动中，太阳辐射是最基本的能源物质，对气候的形成和变化有决定性影响，局地下垫面因子对太阳辐射在地气系统中进行时空分布以及大气环流的特点有直接影响，对全球范围内的气候要素场分布有决定性作用。在各地区具有不同的下垫面类型时，可以造成地表的水分及热量的不同分布，对相应的气候要素造成影响，从而使局地气候情况发生变化。

2 局地下垫面因子对主要气象要素的影响

根据上文可知，局地下垫面因子主要包括地表类型、海陆分布和地形等，不同的下垫面类型对不同的气象要素有所影响。下文对各下垫面因子及其给气象要素造成的影响进行分析。

2.1 地表类型因子

地表类型主要是对气象要素中的地表温度、空气湿度、气温及风速造成影响。在对这一下垫面因子给气象要素造成的影响进行研究时，选取四种最具代表性的下垫面进行研究，分别是耕地、草地、林地和裸地。对这四种类型下垫面采取同步展开气象观测方法，获取相应的气象要素信息及数据，利用数理统计的计算分析方法对气象要素间存在的差异性展开分析，对不同下垫面因子给气候要素造成的影响进行探讨。根据气象测定结果，将大量的气象测定数据汇集起来，构建气象要素数据库并展开方差分析，对地表类型下垫面因子给气象要素造成的季节变化和日变化进行差异计算，以便对局地下垫面因子给气象要素带来的影响进行研究。

根据气象观测结果，进行方差分析可得在不同的下垫面中气象要素发生的日变化平均值，具体数据如表1所示。

表1 春季时在不同地表类型中主要气象要素日变化均值

由表1可以对这几种地表类型给气象要素造成的影响进行分析：（1）地表温度。地表温度的日均值大小顺序为林地<草地<耕地<裸地。这是因为在裸地上，太阳辐射可以直接照射，土壤会吸收大量辐射热能，而林地中林冠可以将很大一部分太阳辐射加以有效反射，导致林地温度最低。（2）空气湿度。在空气湿度上，四者之间存在的差异并不明显。（3）气温要素。这四种下垫面在气温上具有较大差别，顺序为草地<耕地<林地<裸地。这是由于裸地可以直接对太阳辐射进行吸收，吸热与放热过程都较为迅速，林内由于树冠可以将太阳辐射有效遮挡，气温会相对较低，同时放热过程较为缓慢，而草地和耕地即可抵挡辐射热，也可进行快速放热。（4）风速。四者之间风速存在极为显著的差异，日变化均值大小为耕地<林地<草地<裸地。林地由于有枝干及树叶的阻挡及摩擦，风速变化较为平缓；在耕地中风速变化值较小，而草地因为比裸地具有更高的地面粗糙度，因此风速变化比裸地小，比林地大。

植物随季节发生变化，会对下垫面给气象要素造成的影响带来相应变化，使之呈现出随季节变化的特点。如在夏季和春季时，这四种地表类型具有的风速显著不同。而秋季的风速影响较为显著，除此之外，秋季的其他气象要素和冬季气象要素均不存在显著差异。

2.2 海陆分布因子

海陆分布因子主要是对气象要素中的地表温度、风速及气流造成显著影响。在对这一下垫面因子给气象要素造成的影响进行研究时，所用的研究方法为海气与地气之间形成耦合的模式系统。

在对海陆分布对气象要素的影响进行研究时，以对比试验的方式对地球表层进行模拟，一种是不含海洋的平坦土壤，另一种是有海洋分布、较为平坦的陆地。对这两种情况进行研究和对比，具体的下垫面情况为：在模拟试验中，第一组全是陆地形式，第二组是有海洋分布的陆地。

（1）地表温度。陆地形式的地表温度一般在北回归线周围出现最大值，之后向两侧分别递减，而含有海洋的陆地形式温度变化不明显，尤其是在海洋处，温度日变化较为平缓。这是因为在陆地中不存在地形差异，因此，在大气与地表对太阳辐射进行接收时，地理纬度是重要的影响因素，这就会导致大气的温度场及风场、气压场和相关要素场都会根据纬向呈带状分布，模拟所获地表的温度同样呈此趋势在地表上分布；因为水具有较大的比热容，导致海洋的吸热及放热过程较为缓慢，因此温度基本可以保持相对平稳状态。（2）风速及气流。在单纯陆地形式试验组中，通过模拟试验对其大气环流情况进行绘图分析，可知当地球表面平坦均一时，大气环流呈三圈环流形式，同时呈现行星风系特征，同时由于诸多植被的存在，使风速得到了有效的降低。而含有海洋的陆地试验组属于海陆分布的模拟试验，根据其流场分布图可知，其气候要素场已经发生了根本的形势变化，在200 hPa的流场中，纬度较高的北半球大陆上形成的是反气旋环流，在海洋上形成的是气旋式环流。海面上风速一般较陆地为大。这是由于海面上不像路面一样存在较多建筑及植被，无法对风形成减速效果。

2.3 地形因子

地形这一下垫面因子主要是对气象要素中的气压、温度、降水造成较大影响。在进行研究时，以海陆分布因子试验中的第二组数据作为无特殊地形对照，另外设置具有显著高度差异、其他情况和第二组参数相同的地形展开对比试验，采用的研究方法和海陆分布研究方法相同。

（1）气压及温度。通过试验模拟，可以发现，在地势较为平坦时，陆地和海洋上发生位势高度场、大气的温度场和气压场没有明显变化，而在陆地上存在较大变化时，虽然海洋上这二者没有明显变化，但在陆地上发生的变化极为明显，而且是地形越高变化越大。在地形较高出，气压普遍较低，同时温度下降十分明显。（2）降水。通过对这两组试验进行流场差值分析，可知相较于平坦地形而言，高原区域内的陆地上，在高空及低空中的环流系统都有明显增强，在大陆范围内，地表的降水增强极为明显，尤其是在高原地区，降水量明显超过了平坦地形。

3 结束语

局地下垫面因子对于区域内的气象要素具有显著影响。针对当前全球气候变暖问题，要在对局地下垫面因子进行详细分析与科学研究的基础上，对土地的利用类型和植被覆盖情况加以完善和优化，以便为区域内的气候改善提供支持，推动现阶段生态环境建设与优化的发展进程。

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