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《兰州大学》 2017年
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黄河源区雪面近地层微气象和水热交换特征研究

李丹华  
【摘要】:利用中国科学院黄河源区气候与环境综合观测研究站提供的玛曲站2011年12月-2012年3月的观测资料分析了黄河源区局地雪面近地层微气象场、辐射和能量收支平衡特征,其后利用单点模式Noah_LSM,采用敏感性数值试验的方法研究了积雪、地表植被和风速对局地微气象场、辐射、感热通量及潜热通量的影响,主要结论如下:1)玛曲站从2011年12月到2012年3月的月平均太阳净辐射值分别为345、386、412和544W/m2,三次积雪过程期间的日照强度和土壤冻融状态存在差异。白天的温度梯度值小于夜间的,其中白天7.17m以下平均为-0.3℃/m,该高度以上为-0.1℃/m。夜间7.17m以下的平均温度梯度为0.6℃/m,以上为0.2℃/m。当地表有积雪覆盖时,早上温度随高度减小的趋势比无雪覆盖时落后一小时出现,傍晚温度随高度增大的趋势提前1小时出现。有积雪的白天气温变化幅度比无雪时小,由于第二次积雪过程中风速较大,晴天气温变化幅度较小。此外,晴天白天4.2-7.17m温度梯度绝对值比2.35-4.2m大,当有积雪覆盖时偏大幅度明显增大,这可能是由于观测场内外下垫面植被覆盖不同而引起的温度平流使4.2m偏暖所致。2)三次降雪过程前后,向上、下长波辐射随时间的变化趋势较为一致,向下的长波辐射要小于向上长波辐射。三次降雪过程后净短波辐射较降雪前平均减小了146、11和8 W/m2,净长波辐射绝对值分别减小了66、27和17 W/m2,净辐射分别减小了81、38和5 W/m2。在整个观测期内,当地表有积雪覆盖时,感热通量明显减小,潜热通量在前两次积雪期内由于气温较低变化不明显,第三次过程潜热通量大于前两次过程,其峰值达120W/m2,但感潜热通量之和小于第二次过程,这可能是由于此次过程期间土壤开始融化,地表升温较慢,地-气温差减小,感热较小。三次降雪前、后波文比均大于1,这意味着近地层以感热通量交换为主。3)利用Noah_LSM模式对青藏高原高寒地区的数值试验表明,该模式能较好地模拟出近地层有关物理量的变化特征。模式也能很好的模拟出土壤温度状况,只是模拟的浅层10cm土壤温度略低。4)不考虑降雪覆盖敏感性试验表明:当在模式中不考虑有积雪覆盖时,模拟的净辐射值略大于控制试验的,感潜热通量、气温和土壤温度也均大于控制试验的模拟结果,随着土壤层的加深,土壤温度的增加幅度逐渐减小,积雪覆盖对深层土壤温度的影响也越小;无积雪覆盖时,模拟的10cm土壤温度在白天高于有积雪覆盖时的模拟结果,夜间则相反,这说明在夜间积雪覆盖对土壤有保温作用。5)改变地表植被覆盖类型的敏感性试验表明:裸露地表下的净辐射、气温在白天普遍高于有植被覆盖下的结果,感、潜热通量值在有植被覆盖时偏高于裸地情形下的结果,而当地表有积雪覆盖时,植被覆盖下的气温比裸地覆盖的气温偏小幅度比无雪时大,这是因为植被覆盖下的地表反照率较低,吸收的能量较多,用于感潜热通量交换的能量较多,而受土壤比热小的影响,植被覆盖的地表温度小于裸地,进而使气温也偏小于裸地上的气温,当地表有积雪覆盖时,有植被覆盖的雪面相比于裸地,积雪更容易融化,积雪融化需要吸热,地表温度更低。这与观测结果显示的4.2m偏暖特征一致,这可能意味着观测场内外植被分布不均是导致这一现象的原因。6)观测表明,2月18日较大的风速是造成较大的潜热通量和负感热通量的一个原因。风场的敏感性试验表明:将2月18日6m的风场从13m/s左右减小到2月17日3m/s左右的量级后,模拟的潜热通量将减小140W/m2左右,负感热通量将增加80W/m2左右,但在16:00-18:00依然有负值出现,而当2月18日的风速为0m/s后,没有负感热存在,这说明较大的风速是导致2月18日积雪过程中出现大的潜热通量和负感热通量的一个原因。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P339

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