陆气相互作用是影响极端天气和气候的重要因素，土壤湿度相关的陆气耦合过程在调节地表物质和能量交换方面发挥着重要作用。陆气相互作用研究团队陈海山教授指导的博士生齐雅静及其合作者最近的工作探讨了陆气耦合对欧亚南部地区秋冬极端低温事件的影响及相关物理机制，该研究成果近日发表于美国地球物理学会权威期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》。
研究表明，近60年欧亚南部地区极端低温的频次和强度存在明显的年代际变化，且与土壤湿度的正相关关系显著（图1）。随着秋冬季节土壤湿度增加，欧亚南部大部分地区冷昼和冷夜日数显著增多，极端低温的频次明显增加。研究基于数值模拟分离了与土壤湿度相关的陆气耦合作用的影响，发现该耦合作用限制了极端低温事件的发生和发展。关闭陆气耦合后，欧亚南部地区极端低温频次和强度明显增加（图2a）。在典型La Niña土壤湿度扰动背景中（SCEN2），陆气耦合强度变化更大，陆气相互作用对极端低温的影响也更显著。进一步分析表明，欧亚南部陆气耦合主要通过热力异常引起大气环流变化，进而影响极端低温的频次和强度。当陆气相互作用减弱时，地表感热通量和净长波辐射减弱，蒸散发增强，潜热通量显著增加，研究区域地表存在冷却异常（图2b）。此时北半球中高纬度对流层中高层纬向波列显著，东欧平原上空存在反气旋性环流异常（图3），其东侧的东北风有助于欧亚南部地区冷平流增强，为极端低温事件的发生发展提供了有利的环流形势。
图1 1958-2017年欧亚南部地区秋冬土壤湿度与（a）冷夜日数，（b）冷昼日数和（c）寒潮持续指数的相关系数分布，其中黑点表示通过0.1显著性水平检验
图2 不同背景下欧亚南部地区秋冬极端低温指数（a，tmin10为冷夜日数，tmax10为冷昼日数，cwdi为寒潮持续指数，fd为霜冻日数，cfd为霜冻持续指数，单位：day·year-1）和地表能量通量（b，lh为潜热通量，sh为感热通量，sw为短波辐射，nlw为净长波辐射，lwa为大气长波辐射，lwg为地表长波辐射，单位：W·m-2）的差异；图中燕麦色为PRES（气候态土壤湿度背景）与CTL的差异，砖红色为SCEN1（典型El Niño土壤湿度背景）与CTL的差异，灰紫色为SCEN2（典型La Niña土壤湿度背景）与CTL的差异
图3 不同背景下欧亚地区秋冬位势高度场（单位：gpm）和水平风场（单位：m·s-1）在200-hPa（a1-a3），500-hPa（b1-b3），850-hPa（c1-c3）以及1000-hPa（d1-d3）的差值；图中左列为PRES（气候态土壤湿度背景）与CTL的差值，中列为SCEN1（典型El Niño土壤湿度背景）与CTL的差值，右列为SCEN2（典型La Niña土壤湿度背景）与CTL的差值；白点表示通过0.1显著性水平检验
论文信息：
Qi, Y., Chen, H., & Zhu, S. (2023). Influence of land-atmosphere coupling on low temperature extremes over southern Eurasia. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128(12), e2022JD037252. https://doi.org/10.1029/2022JD037252.
