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《南京气象学院》 2004年
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地表非均匀性对地表区域通量计算的影响评价

陈斌  
【摘要】: 近年来,气候工作者越来越认识到,陆面过程的准确描述对气候模拟和预测的精度具有重要影响。在数值模式研究中,需要确定包含了各种陆面类型的某一区域的平均通量,而真实的自然陆面具有多重尺度的非均匀性,次网格非均匀分布对地气之间的各类通量计算的影响到底有多大,是否要对所有的非均匀性的影响都要考虑等都有进一步研究的必要。 本文首先从理论出发分析了陆面次网格非均匀性对区域(大尺度模式网格尺度)通量计算存在的影响及原因,继而以数值模拟计算和实测资料计算初步讨论了不同气象要素次网格尺度的非均匀性分布特征及对模式地表各通量计算的影响特点。结果表明: (1)地表的非均匀性是普遍存在的,对不同的地表通量参数化方案来说,地面非均匀性对对网格区面积平均通量计算的影响程度可能不同。地面气象要素的次网格分布是产生区域通量计算误差的主要原因之一。非均匀性引起的附加次网格通量大小和各气象要素的网格均值、变差系数大小以及气象要素之间的相关程度有关。(2)非均匀分布引起的附加次网格地表湍流通量主要由两部分组成:一是地表次网格上输送系数和地表温度、湿度的相关项,另一是由于模式中计算整体输送系数时,整体输送系数是地表粗糙度和稳定度的非线性函数所造成扰动项。(3)对区域感热通量的计算而言,由于地表温度和整体输送系数产生一个正的次网格通量项,它主要由网格平均粗糙度和参考高度平均风速所决定。在特殊情况下相对误差可达40%以上,而其中平均风速的大小具有更重要的作用。中性条件下,地表粗糙度的次网格非均匀性对网格区湍流通量计算所产生的影响主要由网格平均租糙度大小和粗糙度的变差系数决定。实际情况下,计算相对误差一般小于10%。次网格非均匀性对模式潜热计算产生的计算影响特征和感热相同。但由于理论上的不成熟及实测资料的缺乏,实际情况有待于进一步的研究。(4)不考虑地形的非均匀性时,地表辐射通量对次网格的非均匀性并不敏感。而当考虑海拔高度的非均匀性时,有效辐射通量计算的相对误差可达30%~40%,取决于平均高度和变差系数大小。实测地形资料计算结果表明,地形的起伏使得山区的实际有效面积和网格区水平假设面积相对误差可达10%以上。在各向同性的假设下,模式中网格区的区域长波辐射通量计算有相应量级大小的误差。
【学位授予单位】:南京气象学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P456

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