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本文分别利用海-陆-气-冰完全耦合的地球系统模式CESM和大气环流模式CAM,模拟研究了大尺度土地利用和覆盖变化(LULCC)对全球及区域地表和对流层气温,能量收支和水分循环的影响。利用两个模式分别开展了三个对比试验：潜在植被、现实植被和无植被试验。结果表明：人类活动引起的LULCC导致感热通量和潜热通量减少,使得东亚和南亚的年平均地表温度增加1-3℃；在北美地区,LULCC引起地表反照率增加占主导作用,导致地表吸收的短波辐射减少,引起地表气温显著降低；而在北非地区,LULCC并不明显,但是由于从欧洲输送到北非的冷平流增强,导致北非的地表温度也显著下降。以往研究对LULCC是否可以显著影响对流层气温尚存较大争议,我们的数值模拟研究表明,人类活动引起的LULCC不仅对地表气温产生影响,也会显著影响对流层气温。尽管LULCC对全球平均的对流层气温影响较弱,但是在陆地上,LULCC对夏季对流层气温的显著影响可以向上扩展到300hPa。LULCC引起的区域平均气温变化在对流层中上层约为全球平均的2-3倍；在对流层低层,能够达到全球平均的8倍左右。在东亚和南亚地区,春秋两季降水的大量减少导致潜热释放减少,因此在这两个季节LULCC引起对流层中上层气温显著降低(0.2-0.4℃)。在欧洲和北美,夏季对流层降温最为显著,这主要是地表吸收的短波辐射和感热通量的显著减小引起的。除了局地影响,LULCC也显著地影响着下风向地区的对流层气温,其中包括东亚-西北太平洋海域、地中海-北非地区、北美-大西洋海域和北美-东太平洋地区。LULCC通过温度平流作用,将局地的温度异常传播到下风向地区,从而导致周边地区气温显著降低。通过有植被和无植被数值试验的对比发现：无论是全球还是区域,植被的存在都使得大部分水分和能量收支相关的量及地表温度增加。不同区域LULCC产生的影响也不同。植被的存在对东亚、欧洲和北美的影响要大于对南亚的影响。海气耦合对LULCC引起的地表温度、水分和能量收支变化有一定的正反馈作用。考虑了海气耦合作用,LULCC引起的地表降温幅度增加,这主要是大气逆辐射减少导致的。