陆面过程与天气研究

　　摘要陆面作为大气运动的下边界，通过动量、热量及物质交换与大气发生复杂的相互作用。陆面过程被认为是影响天气气候的关键过程之一。关于陆面过程对气候的影响已经开展了大量较为深入的研究，相比之下，陆面过程对天气的研究并没有受到足够的重视。近年来，陆面过程与天气研究也开始受到了越来越多的关注。本文从陆面基本要素、下垫面构成、陆面诱发的局地环流三个方面，回顾了土壤湿度、地形、土地利用、山谷平原环流等要素和过程对强对流、暴雨、台风、高温热浪等天气事件影响研究的相关进展，以期为今后的研究提供参考。需要指出，尽管此方面的研究已取得了一定进展，但关于陆面过程对天气，尤其是极端(高影响)天气的影响及机制还有待深入研究，进而从陆面过程的角度来理解重要天气形成、发生和发展的机理，从而为数值模式发展和天气预报业务提供更有力的科学支撑。

　　关键词陆面过程;天气;研究进展

　　0引言

　　陆面是天气气候系统的重要组成部分，而陆面过程是影响大气环流和天气气候状态的关键过程之一。陆面作为大气运动的重要下边界，与大气间存在着复杂的相互作用;陆气间热量、动量、水分交换可以有效地调节地表能量收支和水文循环。陆面水热状态通过地表潜热感热通量影响边界层垂直结构和混合过程，进一步引起陆地本身、边界层以及上方自由大气的变化。

　　此外，由于陆面特殊的物理性质，其对大气的强迫具有很强的日变化、季节变化、记忆性、非均匀性等重要特征，深刻地影响着局地天气气候的时空分布与演变规律，是天气气候形成的一个重要影响因素。自从上个世纪70年代以来，陆面过程及其气候效应已受到广泛关注。大量的研究表明陆面热力状况、土壤湿度、积雪、植被覆盖等陆面要素通过改变陆面热力状况，进而能对大气环流、区域乃至全球气候产生重要影响[1-7]。

　　土壤湿度是影响陆面热力异常的重要因子，它可以影响地表蒸发、调控地表热通量，从而对气候产生局地、非局地影响[6,8-10]。而积雪通过高反照率、低传导率和水文效应三方面的气候效应，能显著影响影响大气环流、季风活动等[11-13]。此外，植被覆盖变化也可通过改变地表反照率、粗糙度、蒸散发等引起环流变化，是区域及全球气候变化的重要影响因素[14,15]。

　　近年来，很多学者开始关注陆面过程对天气的影响。陆面作为大气的下边界条件，直接影响了天气过程的发生发展。早期关于陆面地表通量、陆面参数化方案的敏感性试验充分说明，考虑陆面过程有助于提高模式对一些关键天气过程的模拟[16-20]。近年来，针对降水日变化、空间分布、触发机制以及高温热浪维持增强等天气过程的研究发现，陆面过程在其中扮演了不可忽视的作用[21-23]。

　　陆面强迫的日变化特征不仅仅对局地低层大气温湿状态产生定常强迫，也通过陆面的空间非均匀性引发异常环流，使得降水系统稳定地维持于特殊区域。然而，由于缺乏高时空分辨率的观测数据和陆面过程模拟的不确定性，关于陆面过程影响天气的研究仍面临巨大的挑战。陆面过程影响天气的过程十分复杂，涉及到不同的陆面要素和不同的陆地下垫面，而且通常还和陆面过程诱发的环流系统有关。

　　具体包括：(1)陆面基本要素的影响，例如粗糙度、反照率、地表水热状态(土壤湿度、地表温度)等;(2)陆地下垫面构成的影响，例如地形、植被、湖泊、城市等;(3)陆面引起非均匀环流的影响，例如海陆风、山地—平原环流、边界层辐合线等[24]。本文将从上述典型的陆面影响天气的过程出发，回顾陆面影响天气的相关进展，以期对未来这方面的研究提供有益的参考与启示。

　　1陆面基本要素对天气过程的影响

　　1.1地表粗糙度

　　地表粗糙度是边界层湍流参数化方案中重要的基本参数，反映了下垫面对大气运动的阻挡作用，广泛应用于地表通量的估算中，决定了地表和近地层大气间动量、热量和水汽交换，从而对天气气候产生了重要影响。陆地下垫面与海洋相比具有较大的粗糙度，这种粗糙度异常可以对降水系统产生重要影响。陆面摩擦拖曳作用能降低近地层风速，减缓降水天气系统的移动速度。

　　例如，Wan和Zhong[25]利用集合模拟结果发现单个大型城市引起的粗糙度异常能延长暴雨系统停滞时间，增加城市附近的局地降水。Du等[26]在华南沿岸降水研究中发现，陆地较大粗糙度产生的摩擦辐合使得强对流降水在沿岸地区触发加强，而在去除陆地的敏感性试验中，由于缺少摩擦辐合抬升运动和水汽辐合条件，对流强度大幅度减弱。除了海陆粗糙度差异以外，田晨等[27]认为不同植被覆盖导致的粗糙度异常也能通过摩擦辐合影响强对流降水强度与空间分布。对于尺度更大的登陆台风来说，陆面较大粗糙度引起的地表摩擦也是重要的动力强迫。

　　根据Emanuel提出的最大潜在强度(MaximumPotentialIntensity)理论[28-30]，台风的能量来源是地表焓通量，能量耗散率则取决于地表摩擦。台风登陆后，陆地下垫面地表摩擦大幅度增强，削弱了台风地表风速的同时也减弱了边界层焓通量输送，因而登陆后台风强度大多减弱[31]。另一方面，陆地下垫面粗糙度引起的地表摩擦也会破坏台风雨带对称结构，增强对流雨带非对称性[32-36]。Chen和Chavas近期通过理想试验发现[33]，沿岸较大的粗糙度甚至能通过局地动力辐合，短暂加强登陆台风降水(登陆后前12小时)，随着台风进一步深入内陆，在摩擦耗散下强度逐渐减弱。

　　1.2地表反照率

　　反照率能通过改变地表能量平衡影响局地大气，进而对大气环流和天气过程产生影响。当地表反照率减少时，陆地吸收短波辐射增加，地表热通量增大，从而可以增强低层不稳定，利于对流降水触发增强[37]。

　　积雪、植被等陆面覆盖状况决定了地表反照率的大小与空间分布。积雪导致的高反照率使得地表接收太阳短波辐射减少，局地地表温度下降，抑制了地表感热通量，更不利于融雪从而形成正反馈机制[38-40]。这种反照率效应对于地表能量平衡有重要影响，因而积雪模拟或积雪参数化中的误差会对大气状态和天气模拟、预报结果产生很大影响[41,42]。积雪的非均匀分布也能通过反照率效应产生局地热力差异，诱发类似于海陆风环流的“雪风环流”(SnowBreeze)[43,44]。除此以外，Letcher和Minder[45]发现落基山山脉积雪引起的热力异常还能影响山地—平原环流的强度，进而调控相关地区的降水触发、空气污染扩散等天气过程。

　　人为排放的黑碳等气溶胶颗粒能污染积雪使其反照率降低，从而影响短波辐射吸收和融雪过程，其气候效应近年来得到了很多关注[46-48]，但对短期天气的影响及重要性仍不明确。植被增长也能起到降低反照率的作用，通过增加地表净辐射使得局地气温升高。近年来关于毁林气候效应的研究表明，这种植被反照率效应能使得中高纬度地区温度下降[49-51]。而张宝庆等[52]关于植被恢复对黄土高原局地降水反馈效应的研究表明，植被覆盖度增加引起的反照率效应对地表起到加热作用，尽管植被蒸散发也能起到冷却作用，但是反照率效应的加热效果更强，最终结果是黄土高原的植被恢复工程促进了局地降水。

　　1.3陆面水热状态

　　土壤湿度是表征陆面水热状态的重要物理量，它可以通过蒸发参与水分循环过程，也能通过地表热通量改变局地大气状态，在天气系统发展演变过程中扮演着重要角色。土壤湿度—降水的局地反馈关系非常复杂，土壤湿度可以通过直接和间接作用影响降水。土壤湿度的直接作用是较湿的土壤可以通过蒸发增加局地水汽。而近年来，土壤湿度间接作用相关的正负反馈机制得到了更多关注[8,10,18,53]。

　　其主要的正反馈机制为：潮湿的土壤通过地表潜热通量使边界层大气中的湿静力能增加，即加湿过程，从而使得抬升凝结高度降低，利于对流触发，降水增强[54-59]。另一种正反馈机制为：潮湿土壤降低了地表反照率，通过反照率效应增加了地表净辐射和地表气温，从而促进边界层湿静力能增加[55]。

　　而负反馈机制则为：干燥的下垫面能产生较大的感热通量，即增温过程，使得边界层高度迅速增加并超过自由对流高度，促使对流降水产生[57,60-62]。除了上述局地土壤湿度—降水反馈效应以外，土壤湿度对降水的影响还取决于其空间分布，较大的土壤湿度水平梯度可以引起局地热力异常环流，其相应的抬升运动决定了对流降水的空间分布[63-67]。

　　在土壤湿度—降水的反馈作用中，何种机制占主导地位更多地取决于对流发生时的天气背景条件，因而需要针对具体的天气过程展开分析[68]。从降水的水汽条件来看，前期土壤湿度异常能通过增强地表蒸发为水汽平流较小的降水过程提供额外水汽从而增强降水[69]。陈海山等[37]发现土壤湿度对于大尺度和中尺度对流降水的影响机制并不一致，土壤湿度能分别通过地表热通量和低层环流影响对流降水和大尺度降水的分布与强度。

　　在更小尺度上，土壤湿度也能通过调制对流系统中的冷池，影响后续降水[70-72]。更干的地表有利于冷池强度增强、数量增多，这进一步增强了阵风锋并抑制夹卷，从而促进后续对流降水[73,74]。近年来研究发现，如果潮湿土壤能类似于暖洋面提供足够的地表潜热通量，就能维持登陆台风强度，促进登陆台风降水，这种作用被称为“褐海效应”(BrownOceanEffect)[75]。

　　最早Emanuel等[76]针对澳大利亚登陆飓风陆上加强的过程提出一种假设：温度较高的沙土储存了大量热量，被外雨带湿润后能迅速释放大量的潜热通量从而使登陆台风获得大量能量，促进其在陆上维持或加强。之后很多学者通过飓风“Erin”、“Harvey”、“Oswald”、“Utor”等个例分析都证明了褐海效应加强台风降水的可能性[77-83]。这种过程说明了在大气水汽充足条件下，土壤湿度与降水存在正反馈作用。

　　除了对降水过程有重要影响外，土壤湿度还对高温热浪等天气过程具有十分重要的作用。例如2003年欧洲夏季热浪过程中，较低的土壤湿度限制了地表蒸发并加强了地表感热通量，促进低层气温升高的同时放大了反气旋环流异常信号，从而形成了土壤湿度—高温正反馈过程，延长了高温热浪事件的持续时间[84-86]。一些研究通过区域气候模式或个例研究发现，这种陆气耦合过程也能显著增加中国高温热浪事件频率和强度[87-89]。地表温度是陆面热力状态重要的表征指标，随着太阳辐射具有很强的日变化规律[90]。

　　地表温度午后快速升高并通过地表感热通量加热低层大气，从而产生局地不稳定条件，这是陆面热力强迫影响局地对流天气最直接的方式[59,91,92]。通过增加分辨率或引入同化资料从而精确表征地表热力状态的空间分布能有效地改善地表热通量和低层环流场的模拟效果，提高暴雨等天气过程的模拟能力[17,93]。近年来，关于融雪的水文效应对局地天气气候过程的影响也得到了很多关注[13,41,94,95]。Wallace和Minder[95]发现融雪能通过增加土壤湿度、抑制地表温度并吸收热量从而改变陆面水热状态，影响对流降水，在气候变暖的背景下这种过程更加值得关注。

　　2陆地典型下垫面对天气过程影响

　　陆地下垫面具有很强的非均匀性。地形、土地利用和土地覆盖造成的陆面热力、动力强迫的空间差异使得陆面影响天气的过程十分复杂。

　　2.1地形作用

　　山脉、高原、盆地等复杂地形能通过动力强迫影响对流降水在内的多种天气过程发生发展的物理机制与空间分布特征，其主要机制包括触发地形波、促使气流绕流或抬升等。根据地形尺度与气流强度，地形能使气流绕流或抬升，其中地形抬升是触发迎风坡降水的最常见机制[96-102]。Zhang等[102]在浙江南部山区一次飑线过程中发现，对流单体在山地地形的抬升作用下沿着山脉生成发展，最终发展为飑线结构。

　　山脉地形也能通过产生地形波来影响降水[103-105]。例如，谢家旭和李国平在一次山地暴雨个例中发现，低层上坡风与高层气流形成的风切变利于激发地形重力 波，重力波进一步建立了低层辐合—高层辐散的流型，促进对流有组织化[106]。近年来，关于华南暖区暴雨中沿岸对流触发机制的研究发现，夜间沿岸边界层低空急流是触发夜间强对流降水的重要系统[107-110]。华南沿岸低空急流的生成机制受到上游中南半岛安南山脉背风水跃波、海南岛地形和海陆温差惯性振荡共同影响[111,112]。

　　此外，地形也能影响登陆台风强度与路径。地形强迫的抬升运动对台风降水主要起到增幅作用[113-116]，迎风坡抬升运动造成降水空间分布与地形高度一致，形成“地形锁相”机制[117,118]。罗哲贤和陈联寿[119]利用β平面准地转正压模式发现，台湾岛中央山脉能引起台风路径向右偏转，其主要机制可能与山脉地形诱发的低层涡旋有关[120-122]。除了动力抬升作用以外，地形也能促进水汽通量辐合，使水汽局地聚积。

　　Du等[26]发现华南沿海莲花山—南阳山的喇叭口地形会限制边界层低空急流的水汽输送，使局地水汽饱和，形成湿舌，在地形抬升和海岸线摩擦辐合的动力作用下触发对流并促进后续对流发展。2018年北京“7.16”特大暴雨中，迎风坡地形不仅起到了强迫抬升作用，且西部为太行山、北部为燕山的特殊地形还造成了大量水汽辐合[97,123]。Xia和Zhang[124]认为地形动力抬升和水汽聚积作用都是对流系统有组织化的重要有利条件。

　　2.2城市化影响

　　城市化是人类活动改变土地利用土地覆盖的最典型例子之一[125-127]，城市与自然下垫面的巨大物理性质差异能通过陆气相互作用显著影响局地天气气候[128-133]。城市下垫面与自然植被相比具有更大的粗糙度，许多研究发现城市冠层能降低强对流系统移动速度并引起局地辐合，影响降水强度与空间分布，这种作用通常被称为“城市阻碍效应”(UrbanBarrierEffect)[134-136]。

　　城市阻碍效应主要通过种过程影响对流降水：

　　(1)降低对流系统移动速度，延长系统停滞时间[25,137];(2)摩擦辐合抬升触发对流[138];(3)近地层平均动能向湍流动能转换，加强近地层动量通量[132];(4)城市冠层使得对流系统分裂绕流[139]。Yang等[138]近期分析影响南京的两次暴雨过程中发现，在背景气流较强时，城市阻碍效应主要是摩擦辐合抬升和减速作用;而当气流较弱时，城市更易使降水系统分裂绕流。

　　2.3湖泊效应

　　湖泊是陆地下垫面的重要组成部分，与陆面其他类型下垫面相比，湖泊反照率低、粗糙度小、热惯性大、蒸发量大，能通过地表热通量显著影响局地水热状态[165-167]。与海洋相比，其水平尺度与深度更小，更易受到太阳辐射等因素的影响。湖泊的局地作用主要体现在白天湖泊能降低地表气温，在湖上形成稳定层结从而抑制对流降水[159,168-170]，而夜间湖泊较高的表面温度利于对流不稳定条件的形成[171,172]。

　　Zou等[173]发现日落后暖湿的鄱阳湖表面加强了低层不稳定，而随后辐射和降水蒸发导致的冷却作用使陆地降温更快，形成了近℃的湖陆温差，进一步促进了湖陆风环流和低层辐合，加强后续对流降水。登陆台风经过湖泊等水汽饱和下垫面时，湖泊提供的地表潜热通量有利于台风对流维持[174-177]。

　　麦子等[177]分析了登陆台风在鄱阳湖附近的强度和降水特征发现，台风经过鄱阳湖时强度衰减变缓、降水强度增强，这与湖泊较大的潜热通量有关。复杂地形和下垫面附近的湖泊还会受到周围山谷风环流、城市热岛效应等系统的叠加影响，对降水的影响更加复杂[159,178-180]。青藏高原拥有全球海拔最高的湖泊群，湖泊总数量超过30000个，总面积占中国湖泊面积50%以上[181]。近年来，很多研究开始关注青藏高原湖泊对高原天气过程的影响[181-184]。

　　例如，唐古拉山下的纳木错湖叠加山谷风环流能影响局地水汽并增强不稳定，促进深对流过程，使得下游降水增加[185,186]。而高原湖泊局地蒸发也为对流提供了丰富的水汽，加速了水循环过程[187,188]。湖泊在冬季也能显著影响降雪过程。当冷空气经过尚未封冻且相对较暖的湖泊时，湖面的暖湿空气在迎风侧抬升凝结，易于在下游形成大规模降雪[189,190]，这种湖泊效应降雪(LakeEffectSnow)常在北美五大湖地区发生，造成的降水量占冬季总降水比值可达50%[191-195]。

　　2.4植被变化的影响

　　植被是陆地下垫面的重要组成部分，其特殊的生物物理性质影响了反照率、粗糙度、蒸散发等陆面属性，与大气之间存在着复杂的相互作用关系[15,196-198]。已有很多研究关注了植被的气候效应，包括反照率改变地表净辐射，地表热通量导致的冷却效应和蒸散发增强局地水汽等方面[49,51,199-201]。

　　近年来一些研究也开始关注灌溉农田、毁林、生态恢复工程等植被变化对天气过程的影响，其中灌溉农田是植被变化典型例子，造成的局地水热异常对干旱半干旱地区天气有着重要影响。干旱半干旱地区的灌溉农田通过增强地表潜热通量从而加强了低层水汽，促进云和降水发展[202-206]。然而，灌溉农田增加降水的机制仍存在不确定性，灌溉农田的蒸发冷却作用会降低地表气温，抑制对流有效位能和边界层发展，但额外的蒸发加湿作用又能促进降水发展[56,207]。

　　更精细的研究结果表明，灌溉农田引起的降水增强主要位于灌溉农田与周围植被的边界附近，受到边界层辐合线等中尺度环流系统影响[208-212]。边界层辐合线作为一种抬升机制，是对流触发和发展的重要原因，往往与海陆、城郊、地形差异等引起的陆面非均匀加热有关[213-216]。很多研究关注了亚洲最大的农业灌溉区中国河套灌溉区积云与对流的分布特征，早期研究主要利用卫星云图分析了植被差异地区积云的时空变化特征[217,218]。

　　Huang等[219]利用中国新一代多普勒雷达数据发现，随着午后太阳辐射增强，灌溉农田(荒地)地表温度更低(高)，易于产生平行于植被差异边界的辐合线，促进了边界附近强对流触发。除了灌溉农田以外，Garcia-Carreras等[207]利用大涡模拟发现，森林等其他植被差异也会产生类似的影响，且森林上空的下沉运动会抑制午后森林附近的对流。

　　3陆面过程诱发局地环流系统对天气过程的影响

　　山谷、海(湖)陆边界、城市与郊区、灌溉农田与荒地等非均匀下垫面下，陆面非均匀热力强迫改变局地低层热力状态后，能驱动异常热力环流，深刻影响了包括强对流降水在内各类天气过程的触发、维持、空间分布与日变化特征，对复杂地形区天气气候产生了深远的影响[209,213,223,224]。

　　3.1山地—平原热力环流

　　山地平原间热力差异产生的山地平原热力环流(Mountain-PlainsSolenoid，MPS)是地形热力强迫影响区域天气气候状态，特别是降水空间分布与日变化最重要的物理过程之一[225-230]。白天随着太阳辐射增强，地形较高的山区局地加热更快，平原温度相对较低，MPS上升支(下沉支)在山区(平原)建立，对流多发生在山区午后;日落后山坡冷却更快，平原相对温暖，因而MPS环流反相，上升支(下沉支)位于平原(山区)，利于平原对流触发或增强从上游山区传播而来的对流系统[231-233]。中国降水的空间分布与日变化特征很大程度上受到了MPS环流的影响。

　　在江淮梅雨降水系统中，青藏高原附近产生的中尺度对流涡旋(MesoscaleConvectiveVortex，MCV)夜间移动至四川盆地时在MPS上升支作用下加强;白天MCV东移过程中受到MPS下沉支抑制，高低空对流系统减弱分离;夜间MCV进一步向下游移动，在低空急流等其他有利因素影响下发展成天气尺度涡旋系统(江淮气旋)[226-229,231,232,234,235]。梅雨锋降水在这种调控作用下呈现了长江中下游显著的夜间清晨较强，午后较弱的日变化特征[21,225,236]。

　　MPS环流影响降水的过程不仅仅在青藏高原到华东平原这种大尺度地形差异上可以观察到[227,237]，在例如燕山山脉—海河平原等小尺度地形上也同样存在[98,228,238]。例如，Hua等[238]发现夜间稳定边界层中由于太岳山地形导致的重力内波触发初始对流，对流移动过程中太岳山和长治盆地间MPS环流促进了对流单体演变为有组织的线状对流带。京津冀平原地区西北侧为太行山和燕山，东南侧为渤海，在弱天气背景下，MPS环流是促进对流系统发展为飑线或其他有组织对流系统的重要原因[239-241]。

　　对流系统进入平原后还受到了城市热岛和海陆风环流的影响。Xiao等[242]通过分析18个弱天气背景下对流个例表明，生成于北侧山区的对流系统向下游传播的过程中，MPS环流、冷池、城市热岛与海风的共同作用都可能造成对流的二次增强。华南沿岸山脉也能通过MPS环流加强夜间陆风与背景季风气流的辐合，从而促进夜间沿岸对流降水[236,243,244]。

　　3.2海(湖)陆风环流

　　海(湖)陆风是不同性质下垫面导致陆面非均匀加热而产生的环流系统影响局地降水的典型例子，对于沿海(湖)地区的天气气候产生了深刻的影响[245-248]。白天由于水体和陆地热惯性差异，太阳辐射加热下陆地升温更快并加热上空低层大气，产生了海(湖)陆间气压梯度，风由海洋(湖泊)吹向陆地形成了海(湖)风，夜间陆地降温更快从而形成陆风[249,250]。一般而言，由于夜间海(湖)陆温差比白天小，故海(湖)风强度大于陆风[251]。海(湖)陆风是影响强对流降水的周期性强迫，决定了沿岸地区降水的日变化特征[252-255]。

　　海(湖)陆风与盛行风向相反时易产生低层辐合，为对流触发或增强提供有利动力条件[215,242,256-258]。Chen等[255]研究华南沿岸雨带日变化时发现，夜间沿岸对流往往由陆风与季风气流的辐合线触发，随后雨带向海洋传播;而白天地表加热形成的雨带将随着海风向内陆传播，但其传播范围受到地形限制。在全球气候变暖的背景下，海洋升温更快使得夜间海陆温差增大，陆风环流增强，因而未来夜间沿岸降水及相应对流过程将会有增强的趋势[243]。

　　4总结与展望

　　本文围绕陆面过程基本要素、陆地下垫面构成、陆面过程诱发局地环流系统个方面对天气的影响，回顾了相关过程与物理机制的研究进展。在全球气候变化和人类活动导致的土地利用土地覆盖变化的复杂背景下，包括暴雨、热浪在内的极端天气事件存在增多增强的趋势，研究陆面过程影响这些天气事件的特征、规律与物理机制有助于数值模式中相关物理参数化方案和陆面模式的改进，对于提高我国气象业务部门预报预警能力具有很高价值。陆面过程不仅仅为各种天气事件提供了下边界条件，也能通过陆面强迫的非均匀环流触发、增强或限制强对流天气的发生发展。但是陆面过程—天气相互作用是相当复杂的，仍有很多问题值得发掘与细究。

　　当前围绕土壤湿度—降水反馈过程仍存在较大的争议，以往研究大多集中于非洲、美国中部等干旱半干旱地区，对中国西北干旱地区的研究相对较少。土壤湿度—降水反馈等陆面过程对于中国西北地区的强对流、暴雨、热浪、低温等极端天气事件存在的影响及其相关的物理过程需要通过详细的个例及观测统计开展研究。目前一些学者已经关注到非均匀陆面热力强迫产生的较大尺度异常环流，例如MPS环流、海陆风等对天气过程的影响，但是更小尺度陆地下垫面非均匀性的影响仍未得到充分研究。

　　例如，农业灌溉、植树造林、生态恢复、砍伐毁林等人类活动导致的陆面植被变化能产生局地小尺度的陆面差异，这种小尺度的陆面非均匀性对于局地短时强降水等天气事件存在怎样的影响?随着陆面模式中城市模型的发展，考虑精细化城市结构及热源分布的城市模型对于模拟城市气象条件和边界层过程有很大帮助。借助于上述模式的进步，城市化对于极端降水、高温热浪等天气过程的物理机制可以得到更深入的分析。人工湖、水库等小尺度水体不仅能造成局地非均匀热力强迫，也是重要的水汽源，部分研究考虑了这些小尺度水体的气候效应和生态效应，对于天气过程的影响研究相对较少。

　　此外，青藏高原具有较为复杂的下垫面，地形落差大且土地覆盖差异显著，陆面过程对于青藏高原的对流降水等天气过程有怎样的影响亟待研究。实际天气过程中，中小尺度天气系统往往受到很多复杂陆面过程的共同影响，如何正确地评估这些过程的综合效果、判断天气过程中的主导因素需要细致的理论分析和研究。除了探究陆面过程影响天气事件的物理机制与演变规律外，更值得关注的是陆面过程能否为天气事件提供新的预报方法与思路、改进现有陆面模式中的物理过程从而提高预测预报能力和数值预报结果。

　　当前，受制于高时空分辨率观测资料的缺乏与数值模式的不完善，解决相关问题仍需要借助可靠的外场试验、海量的精细观测数据、雷达卫星等新来源资料进行理论分析与实证。在此基础上需要从天气事件个例出发，分析研究从日内到季节内各种时间尺度和复杂空间分布的时空非均匀陆面强迫对中国典型天气过程，特别是近年来频发的极端天气事件的影响机制与演变规律。进而可以借助历史观测数据进行统计验证，得到可靠理论结果，转化为业务预报方法，促进数值模式中相关物理过程参数化的改进。

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　　作者：陈海山1,2,杜新观,孙悦

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