°N以南土壤湿度与降水的关系研究

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1、中国地理学会自然地理学与生态建设气象出版社2006年7月自然地理专业委员会35“N以南土壤湿度与降水的关系研究张秀芝‘吴迅英“(l.国家气候中心，北京1008卜2.国家气象信息中心，北京100051)1引言土壤水分的变化可引发生态系统的改变，同时改变土壤的反照率，影响土壤的热容，引起地表能量收支失衡，最终导致气候的改变。土壤湿度的作用已被大量的模拟试验所证实:Shukla和Mintz(1982)的对比实验表明，干、湿土壤对后期降水和气温的影响有较大差异，其持续期可达几个月;游性恬等(2000)的模拟试验也指出，亚洲春季异常地面湿度对其后4个月的气候参数有影响，Yeh等(1984)

2、的模拟结果指出，增加土壤含水量会使降水增加气温降低;刘永强和叶笃正(1992)的模拟结果表明，土壤湿度变化在短期气候异常的持续过程中起着主导作用，而土壤热力状况的影响相对较小;土壤湿度的初值在模式中的记忆时间很长，对模拟结果影响很大(张晶等)。亚澳季风计划(cLIvARAsian一AustralianMon，oonpanel，1999)指出，对于海洋，在表层热收支中海洋动力起主要作用的地方，SST和上层海洋结构为可预报因素;对于陆地，可预报因素是雪盖和土壤湿度。资料分析指出土壤湿度与降水呈正相关，与气温呈反相关(马柱国，2o00)。张秀芝(2。。4)利用1981一2。。。年中国叨

3、个站的资料分析了土壤湿度的垂直分布特征，发现20年来土壤湿度变化趋势以长时间持续干和湿以及3~4年变化周期为主，长时间持续湿期减干期的湿度差与降水差有很好的对应关系。本文旨在分析土壤湿度与降水的关系，揭示土壤湿度在气候变化中的作用，探索其前期信号，为短期气候预测提供的气候因子。2资料和方法使用国家气象中心整编的农气观测站1981一2。。2年固定地段完全自然状态(不灌溉)的旬(8、18、28日)土壤湿度资料(土壤含水量占干土重量的百分比，%)。由于北方冬季土壤冻结停止观测，因此本文取35oN以南全年36个旬均观测的站点，自1981年开始设立土壤湿度观测以来，几乎每年都在增加测站，9

4、01的110120!犯其中1990增设最多，这里以1990一2002年35个站的资料为主(其分布见图”，其中19站具图135ON以南土坡湿度测站分布图有15年以上观测资料的站为辅。资料中0一473locm、1。一20二、2。一3ocm、30一4ocm、4卜soc二5层最为完整，本文的分析针对这5个层次，并在之后的分析分别以locm、Zocm、3ocm，40。m、50。m代表。降水取looDE以东494个站198。一20o3年的旬降水资料。使用奇异值分解(SVD)方法分析土壤湿度场与降水场的关系。SVD方法通过计算两场的交叉相关系数场，可最大限度地分离出两场的高相关区，进而了解两变

5、量场之间相关系数的空间结构和各自对相关场的贡献。3土壤湿度与降水的SVD分解首先对35个站5层的土壤湿度分别与同期、滞后6旬和12旬的494站降水进行SVD分解。结果表明，10cm、20cm和30cm层的土壤湿度相关场和降水相关场很相似，同样40cm和50cm层的土壤湿度相关场和降水相关场也很接近(图略)，而前者与后者在某些区域却存在差异，因此本文在分析过程中土壤湿度一律采用0一30cm和40~50cm的平均值。3.110~30cm土壤湿度与降水的SvD分解对10一30cm平均土壤湿度与同期和滞后1一35旬的降水进行SVD分解计算，其中同期和滞后1~24旬的第一对空间分布型均表现

6、出很好的显著性，其解释总方差基本都在30%以上;各对空间分布型时间系数之间的总休相关系数均在。21以上，通过。01信度检验。因此，本文的分析以第一对空间分布型为主。图Za为同期降水空间分布型，除黑龙江之外，中国中东部均为正相关，其中高相关区位于长江至黄河中下游，相关系数05以上泊5ON以南土壤湿度空间分布型(图2切也为正相关，相关系数0.5以上的高相关区位于江西、湖北、河南以及甘肃东部和陕西南部;它们的空间分布型时间系数之间的相关系数为。.52，解释总方差的76.6%。滞后1旬空间分布型与同期基本一致，但总体相关系数则下降为0.21，解释总方差也降为29.8%。滞后2一6旬的空间

7、分布型基本一致，但与同期有较大改变，主要表现在降水空间分布型，长江以南为正相关，对应35ON以南土壤湿度的负相关，说明土壤湿度与长江以南降水呈反相关;长江以北为负相关，一。.5以下的高相关区北移至350一42ON之间(图2。)，与35aN以南土壤湿度负相关系数对应(图Zd)，表明土壤湿度与长江以北降水呈正相关;总体相关系数为。.24~028，解释总方差为29，6%~41.。%。滞后8一9旬的空间分布型与同期有些相似(图Ze和图Zf)，降水显著相关区位于江淮至山东，总体相关系数为。