华北地区人口稠密，工农业发达，但气候和环境的变化已越来越明显地制约着地区工农业发展，甚至对人们的生产生活产生了影响。由于其半干旱和半湿润气候，华北地区有较强的陆气耦合。另外，当地飞速的工业发展和巨量的化石燃料消耗产生了大量的气溶胶排放。当前，陆气相互作用和气溶胶的气候效应都是当前的研究热点，但气溶胶如何影响陆气耦合仍不是完全清楚。这对华北这个不仅陆气耦合较强而且气溶胶浓度较高的区域尤为重要。
本研究使用WRF-Chem区域气候模式进行了一系列改变气溶胶排放的试验（无排放、标准排放和5倍标准排放），并使用5个定义的指标来衡量陆气耦合强度。分析发现，随着排放的增加，5个指标都显示了陆气耦合强度的减弱，而且4个描述地表耦合的指标比1个描述边界层与云耦合的指标显示了更显著的减弱（图1）。这是因为增加的气溶胶浓度不仅减弱了地表向上的热通量，而且减弱了热通量对土壤湿度变化的敏感性（图2）。另外，边界层顶夹卷的水汽也随气溶胶浓度的增加呈现了明显的减少，可能也会对陆气耦合有一定的减弱效应。
该研究由南信大魏江峰教授、其硕士毕业生逯博延及部分合作者共同完成，近日发表于《Geophysical Research Letters》杂志上。研究得到国家自然科学基金项目41975084、42088101和42021004的资助。
图1. 三组模式试验中夏季华北5个陆气耦合指标与夏季平均土壤湿度的关系
图2.模式模拟的和MERRA-2、ERA5再分析资料的地表潜热和感热通量与土壤湿度在不同气溶胶浓度下的关系
论文信息：
Wei, J., Lu, B., Song, Y., Chen, H., & Weng, Z. (2023). Anthropogenic aerosols weaken land–atmosphere coupling over North China. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL105685. https://doi. org/10.1029/2023GL105685