摘要
土壤湿度和降水、温度一样是基本的气候变量，它会影响地气相互作用的能量交换、通过大气反馈影响气候系统、参与水和能量的循环，是气象学、气候学研究领域的重要环境因子和过程参数。中国是大气国、水圈和生物圈相互作用活跃的地区，气候区域性很大、气候变化的物理机制也更为复杂，研究中国区域土壤湿度及其与降水、温度的相互关系具有重要的科学意义[1]。 首先，本文对土壤湿度在中国区域的时空变化特征进行了研究。使用中国区域土壤湿度站点观测资料，并汇总了目前国际上运用较为广泛的几组资料:卫星反演资料(ECV)、GLDAS陆气同化资料（包括CLM、VIC、Mosaic、Noah-1和Noah-2）以及再分析资料（包括NCEP/NCAR、NCEP/DOS、MERRA、ERA-interim和JRA55）。利用站点观测资料验证了ECV卫星反演资料在中国区域的有效性，再以ECV为观测标准研究了中国区域土壤湿度的空间分布、年际变化以及季节循环，同时对其他几套资料的可靠性进行了分析比较，主要结论如下:中国区域土壤湿度的气候分布基本呈现西北、华北干，东北、中国南部湿的分布特征，土壤湿度由西北向东北和东南递增，GLDAS同化资料及MERRA、JRA55数据能很好地揭示土壤湿度的空间分布。东北、华北、黄河中下游、中国南部4个分区的土壤湿度年际变化较平稳;东北、黄河中下游和中国南部的夏季土壤湿度有类似的年际变化趋势，华北的夏季土壤湿度年际变化较平稳;冬季土壤湿度的年际变化与夏季的变化是反向的。比较而言，Noah-2揭示土壤湿度年际变化的效果最好。土壤湿度随季节的变化，主要受到各个地区积雪融化、雨季来临、冬季冰冻以及温度的影响。东北地区土壤湿度在冬季低、夏季高;华北地区土壤湿度的季节变化不明显;黄河中下游地区土壤在春末较干、夏冬季较湿;中国南部土壤湿度春季高，初夏低;总的来说，Noah-1、MERRA和ERAin与观测较为吻合。 其次，采用中国观测降水、温度资料和ECV卫星反演的计算结果作为观测标准(OBS)，通过计算超前一月土壤湿度对当前降水、温度的反馈系数，量化中国区域土壤湿度对地表降水、气温的反馈。主要关注于陆气耦合最强、海洋影响很弱的夏季中纬度陆地地区。结果表明，全国大部分地区的土壤湿度对降水存在显著的正反馈:OBS的显著正反馈区主要分布在华北、华南、西藏、新疆西部和东北部分地区;Noah-2的结果与OBS最为一致。土壤湿度在全国大部分地区对温度存在负反馈:OBS的显著负反馈区，大致位于华南、华北中部、东北东部和新疆部分地区;Noah-2、DOS的结果与OBS类似。深层土壤湿度对降水和温度的反馈，与表层土壤湿度相比较弱。去ENSO年与所有年份的结果基本一致，可能因为ENSO在中纬陆地夏季的作用较弱。 最后，进一步讨论了土壤湿度对热浪极端事件的影响。国内对于高温热浪产生原因的研究在局地强迫因子方面较少，另外受土壤湿度观测资料的限制，用观测资料进行的研究较少。这里应用30年中国气象观测站点日最高气温资料、ECV卫星反演土壤湿度资料，分析中国地区高温热浪次数的时空变化特征，探索超前土壤湿度对高温热浪次数的影响。发现夏季热浪主要发生在华南和新疆部分地区，其次是华中，在华北和东北以及沿海地带的热浪发生很少。中国区域的热浪次数50-60年代增加，60-80年代减少，80年代至今一直在增加。对夏季热浪次数进行EOF分析确定了以下三个关键区:华南地区、中部地区以及华北地区。华北和南部沿海的土壤湿度一直与夏季热浪存在负的时间相关;长江流域土壤湿度初春时与热浪正相关之后负相关;东北除6月份外土壤湿度与热浪负相关。夏季热浪和月平均土壤湿度进行SVD分析的结果显示，土壤湿度与热浪之间的关系，随着土壤湿度超前于热浪时间的增加，在不同区域发生着变化，第一模态可以把过程归纳为三个阶段:4月份华南和华中的土壤越湿，夏季热浪在该地区发生越频繁，华北部分地区热浪的发生次数减少;5、6月份中国长江流域、华北西部、新疆西部和西南部分地区的土壤湿度与夏季热浪在华南呈正相关态势，在华北呈负相关;7月的形势，与4月的关键区一致但关系相反。
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