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《中国科学院研究生院(大气物理研究所)》 2006年
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非均匀边界层结构和湍流通量特征的研究

刘熙明  
【摘要】: 实际地球表面总是呈现出不同尺度不同特性的非均匀性,这必然会影响大气边界层的结构以及地气之间的能量和物质的交换,甚至对全球区域气候产生影响。本文利用LAPC承担的国家自然科学基金重点项目“地表通量参数化与大气边界层过程的基础研究”(编号40233030)获得的两次外场试验资料(白洋淀,2003年11月和2004年9月)以及大气所325m铁塔观测资料,对非均匀大气边界层的结构和湍流特征进行分析研究。最终目的是要为如何对非均匀边界层结构和湍流通量进行合理的参数化提供科学参考,从而为天气、气候数值模式中大气边界层过程的处理提供帮助。论文的主要研究内容和结论包括以下四个方面: (1)水陆非均匀边界层的结构特征研究结果表明,总体来讲,水域地区的边界层结构较陆地上的复杂,温湿结构呈多中心、多层次的特征。不稳定层结时,水域地区的对流边界层顶较陆地上的稍高,但有时陆地近地面层的比湿会比水域的大。并且,11月份,无论是层结稳定还是不稳定时,水域地区的近地面层总有一薄的逆温层存在。稳定层结时,水陆两地的边界层结构差异主要体现在低层:水域地区的地表比湿比陆地大,近地层中,水域地区的比湿随高度的递减比陆地明显,而陆地上,40-60m高度上总存在一比湿最小值区域。两地在夜间近地面层常常会有逆湿现象出现。并且,由于水热不均匀分布,该地区存在弱的局地环流。 (2)水陆非均匀边界层的微气象学特征无论是平均的风、温、湿场还是辐射因子和湍流通量,水、陆地区的都有一定的差异:与水域地区相比,陆地上的气温日变化比较明显,水平风速则偏小。但在中午前后,陆地有弱的上升运动;9月份,陆地上的长波入射辐射比水域地区的大,而反射辐射则是水域地区的比陆地的稍大。水陆地区的短波入射辐射比较相近,而短波反射辐射方面水域地区明显比陆地大。水陆两地的净辐射白天非常接近,夜间两地的净辐射为负值,但水域地区的负的净辐射比陆地明显大;水陆地区的感热、潜热通量结果表明,9月份,水、陆地区的感热通量相差不大,而潜热通量比感热通量大,并且是陆地比水域地区大。11月份,两地的潜热通量相差不大,但陆地的感热通量明显比水域地区大。两地夜间都有负的潜热通量出现;平均来讲,涡动相关法得到的感
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