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全球陆气耦合地理模态及其主导因素差异

陆–气耦合；全球聚类；区域差异；多尺度特征；主导因子

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.21 陆地生态系统对极端气候事件的响应过程、机制和模拟

陆气耦合机制复杂且影响因子众多，目前仍缺乏对全球耦合特征及其多重驱动因素的系统性分析，对不同区域耦合差异的认识亦相对不足。本研究基于1958‒2022年ERA5与GLDAS再分析资料，选取12个关键因子，结合SOM与K-means聚类方法，识别并构建了全球陆气耦合的空间模态，将全球划分为极寒积雪区、低温湿土区、温和大陆区、高温干旱区和高温蒸散区。在此基础上，通过多尺度时间特征分析可知不同季节、各区域的陆-气耦合在长期趋势上差异明显，然而它们的年际信号普遍较为强烈，年代际信号稍弱，仅在夏季和秋季的高温蒸散区要显著强于年际信号。进一步使用Deep Forest模型与SHAP算法识别各区域陆气耦合的主导因子，并结合过程网络对关键耦合过程进行初步解析。结果表明：陆气耦合在极寒积雪区主要受辐射和地表能量因子驱动；在低温湿土区以生态–水热因子为核心调控因素；在温和大陆区受多因子协同作用影响；在高温干旱区以水分条件为主要限制因子；在高温蒸散区则由温度与湿度因子共同调节。本研究系统刻画了全球陆气耦合的空间格局，揭示了不同区域耦合强度的主导因子及其协同作用机制，深化了对陆–气相互作用复杂性的认识，为改进陆面过程模拟和提升气候预测能力提供了重要的科学依据。