土地利用/土地覆盖变化、灌溉措施及其对GRAINEX模型中逐两小时对流环境演变的影响

《Journal of Hydro-environment Research》：Land use land cover change, irrigation and their impacts on Bi-hourly evolution of convective environments during GRAINEX

灌溉对对流环境的影响及诊断变量分析

　　灌溉对雷暴发展的研究是气象学和气候学中一个重要的议题，其影响不仅限于农业生产，还可能对天气预报、水资源管理以及区域气候调控产生深远的关联。本研究聚焦于美国内布拉斯州东部地区，通过对Great Plains Irrigation Experiment（GRAINEX）期间收集的原始探空数据进行分析，探讨了灌溉对雷暴发展环境的影响。研究结果表明，灌溉区域在早期和晚期生长季节中，雷暴潜势（CAPE）较高，而雷暴抑制（CIN）较低，同时湿度条件也得到了改善，如早晨和晴朗天气下的露点温度下降幅度较小，表明空气更加湿润。这种差异反映了灌溉对地表能量平衡和水循环的显著改变，从而影响了大气中的不稳定性和水分含量。

灌溉改变了地表的水文条件，例如增加土壤湿度和潜热通量，而这些变化对大气中的边界层结构和热力条件具有深远影响。研究表明，在早晨和傍晚，灌溉区域的边界层温度梯度（即环境温度变化率）较高，而非灌溉区域则在下午表现得更为明显。这种现象表明，灌溉可以改善早晨和傍晚的雷暴发展环境，而非灌溉区域则可能在下午更有利于雷暴的形成。然而，值得注意的是，这种影响会随着生长季节的不同而有所变化，尤其是在灌溉应用更为频繁的高峰期。

在不同的天气条件下，如晴朗和多云天气，灌溉对雷暴环境的影响也有所不同。例如，在晴朗天气下，灌溉区域的水分可降水量（PWAT）较高，而在多云天气下，非灌溉区域的水分可降水量则更为显著。此外，环境温度梯度的变化也受到天气条件的影响，这进一步说明了灌溉对雷暴发展的动态作用。在晴朗天气下，早晨和傍晚的温度梯度较高，而在多云天气下，这些梯度的变化则更多地与大气中的合成气流有关。

研究还发现，灌溉对地表能量和水循环的改变不仅影响了大气中的水分含量，还对边界层的热力结构产生了重要影响。例如，灌溉区域的土壤湿度增加，导致潜热通量增加，而显热通量减少，从而降低了地表温度。这种变化进一步影响了大气中的温度梯度，使得雷暴发展的条件更加有利。在晴朗天气下，灌溉区域的温度梯度在早晨和傍晚较高，而在非灌溉区域则在下午更为明显。这一现象与灌溉对边界层的改变密切相关，表明灌溉可能在某些时段对雷暴发展具有显著的促进作用。

此外，研究还强调了灌溉对降水模式的影响。在灌溉区域，由于土壤湿度增加，边界层的水分含量也相应提高，这为雷暴提供了更充足的水分来源。同时，灌溉还可能通过改变地表能量分配，影响边界层的热力结构，从而改变雷暴的形成时间和强度。例如，在晴朗天气下，灌溉区域的降水模式可能在早晨和傍晚更加明显，而在多云天气下，非灌溉区域的降水则可能在下午更为显著。这些发现对于改进天气预报和水资源管理具有重要的实际意义。

研究还发现，灌溉对边界层的演变过程具有显著的影响。例如，在晴朗天气下，灌溉区域的边界层在早晨和傍晚更加活跃，而在多云天气下，非灌溉区域的边界层则在下午更为明显。这一现象表明，灌溉可以增强早晨和傍晚的边界层对流，从而改变雷暴的发展时间和强度。此外，研究还指出，灌溉对降水的影响不仅限于灌溉区域本身，还可能波及到灌溉区域的下游，从而影响更广泛的区域降水模式。

总体而言，本研究为理解灌溉对雷暴环境的影响提供了新的视角，表明灌溉可以通过改变地表能量和水循环，对雷暴的发展时间和强度产生显著影响。这些发现对于改进天气预报、优化水资源管理以及更好地理解区域气候变化具有重要的科学价值和实际意义。未来的研究可以进一步探讨灌溉对夜间雷暴环境的影响，以及不同气候条件下灌溉对雷暴发展的具体作用机制。此外，研究其他主要灌溉区域的类似现象也有助于更全面地理解灌溉对区域天气和气候的综合影响。