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青藏高原春季感热通量与夏季对流边界层高度关系的研究

青藏高原；感热通量；对流边界层(CBL）；奇异值分解（SVD）

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.11 平流层-对流层动力耦合和物质交换

作为“世界屋脊”的青藏高原，其独特的陆-气耦合过程对区域及全球气候具有重要的调制作用。土壤具有延后影响的特征，对流的发展由地表热量的储存及其变化决定。地表能量的交换过程是陆-气相互作用的关键。地表能量平衡体系中，净辐射分配为感热、潜热和土壤热通量三个分量，其中感热通量是陆气能量交换的关键，对大气边界层的形成、发展和演变都有重要影响。本文基于1994-2023年的ERA5再分析资料，研究了近30年青藏高原不同区域地表感热通量和对流边界层（Convective Boundary Layer，CBL）高度的时空分布特征，并通过相关分析、奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）和合成分析等统计方法，分析了青藏高原春季地表感热通量对夏季CBL高度的跨季节影响。研究发现，（1）青藏高原为热源，由地表向大气输送热量，感热通量的分布存在显著的季节变化，春、夏季高值中心位于高原西南、东北部，冬季低值中心位于高原西部、中南部；CBL高度存在显著东西差异，春、冬季西部存在高值中心，夏季西南部达峰值；（2）结合高原地区地表感热通量和CBL高度的四季空间分布特征以及高原春季地表感热通量与夏季CBL高度之间的Pearson相关系数分布场来看，青藏高原大部分地区春季的地表感热通量与夏季的CBL高度之间都存在着较强的正相关性，但二者的影响存在空间上的不对称性。SVD分析表明，春季感热通量与夏季CBL高度呈显著的空间耦合（第一模态解释协方差35.5%，时间序列相关系数达0.74），高原南部春季感热通量增大，北部感热通量减小时，夏季高原西南部CBL高度抬升；（3）土壤湿度在能量再分配中具有中介贡献，高原春季强感热导致夏季表层土壤湿度降低，潜热通量减少，感热占比增大，地表温度增大，驱动了CBL高度发展。本研究提出了“感热-土壤湿度-CBL”的影响机制，为区域气候改进提供了理论依据。