基于CLM4.5模式的季节冻土区土壤参数化方案的模拟研究

利用位于季节冻土区的中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站那曲/BJ观测点的野外观测数据,通过CLM4.5的单点模拟实验,分析评估了Luo土壤热导率参数化方案、Johansen土壤热导率参数化方案、Coté土壤热导率参数化方案和虚温参数化方案对土壤温、湿度的模拟能力,为将来选取最优的参数及参数化方案来更合理的模拟青藏高原土壤冻融过程为目的的工作提供依据。结果表明:(1)三种土壤热导率参数化方案模拟结果的土壤热传导率有明显差异,其中Coté方案的土壤热传导率最高,Luo方案的土壤热传导率最低。(2)三种热传导率方案均能合理地模拟出土壤温湿度的日变化趋势,Johansen方案对土壤温度年变化趋势模拟的更好,Coté方案对土壤温度模拟的数值较观测值偏离的更小,Luo方案对土壤湿度的模拟更好。(3)加入虚拟温度方程,并引入相变效率参数后,减少了模式对土壤湿度模拟的负偏差,Y-L方案在保持土壤温度较好模拟能力的基础上,能够进一步的提升土壤湿度的模拟能力。     

黑河流域上游大气湍流特征分析

利用黑河流域上游阿柔观测站2008年6月10日至7月13日的近地层湍流观测资料,分析了该地区近地层方差和湍流谱的统计特征以及近地层能量交换特征.结果表明:黑河流域无量纲化三维风速、温度和湿度方差与稳定度的关系满足Monin-Obukov相似理论;湍流能谱基本符合Monin-Obukov相似理论,但个别能谱在某些频段存在谱隙,近地层湍流输送由于局地山谷地形影响出现大气湍流的非均匀和各向异性.夏季潜热通量大于感热通量,感热通量在夜间有明显向下输送的特点.     

青藏高原积雪日数与高原季风的关系

利用青藏高原50个气象台站1960-2004年的积雪日数、NCEP/NCAR再分析资料、青藏高原地面加热场强度距平指数和高原季风指数资料,采用EOF、滑动t检验以及相关分析等方法分析了近60年来青藏高原季风的变化特征和近45年来青藏高原积雪日数的变化特征以及二者之间的关系;分析了青藏高原季风与青藏高原高度场和青藏高原地面加热场之间的相关性。结果表明:当初冬(11月)青藏高原地面加热场强度强时,隆冬(12月~1月)的青藏高原冬季风弱,次年春季(4~6月)的青藏高原地面加热场强度弱;当青藏高原夏季风强(弱)时,有利于唐古拉山地区积雪日数的增加(减少),班戈地区和青海东北部积雪日数的减少(增加);当青藏高原冬季风强(弱)时,有利于青海北部和西藏南部积雪日数的减少(增加),喜马拉雅山和唐古拉山积雪日数的增加(减少)。     

藏北高原地表能量和边界层结构的数值模拟

利用耦合了NCAR LSM陆面过程的中尺度模式MM5V3.7和2002年8月CAMP/Tibet加强期的观测资料,对藏北高原地区地气交换过程进行了48 h模拟研究。模式较好地模拟了该地区的山谷风环流;并将模拟的地表通量在中尺度区域上与NCEP/NCAR全球大气再分析格点资料(NNRP)获得的结果进行了比较,同时也与单站的实测值进行了比较,结果显示:模拟的地表通量与NNRP得到的结果比较吻合,同时可以得到雨季时藏北、藏东地区潜热通量大于感热通量,而高原西部感热通量大于潜热通量,这与观测试验分析结果一致;与单站试验结果比较,模拟的感热通量与实测值一致,潜热通量的模拟值和实测值有一定差别。模拟的边界层位温廓线与实测值比较,模式模拟的对流混合层和夜间残留层都与实测结果吻合,但模拟的混合层高度较实测值高。由此来看,中尺度模式MM5V3.7能够较好地模拟藏北高原的地表能量和边界层结构特征,但还需要进一步完善陆面过程和物理过程参数化方案。     

黑河地区鼎新戈壁与绿洲和沙漠下垫面地表辐射平衡气候学特征的对比分析

利用2006年2月至2007年1月在甘肃酒泉金塔地区进行的"绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究"野外试验中鼎新戈壁下垫面地表辐射观测资料,对戈壁地区不同天气条件下和季节平均的辐射平衡特征进行了分析,并将其辐射平衡各分量的年变化特征与HEIFE实验区张掖和沙漠站1991年同期的辐射观测资料作了对比分析.结果表明:鼎新戈壁地区7月典型晴天下,其辐射各分量表现出了标准的辐射平衡的日变化形态,总辐射峰值达到1081 w·m-2,净辐射峰值也在650w·m-2以上;由于阴天和降水天气过程的影响,使7月平均的辐射特征与典型晴天相比,短波辐射减少了30%左右.辐射收支的季节差别非常明显,季节平均日积分值由大到小依次为夏季、春季、秋季和冬季,冬季的总辐射日总量不到夏季的一半,净辐射只有夏季的1/4多些;总辐射年总量达到6 500MJ·m-2以上,4月沙尘天气对这一地区总辐射有一定的影响.地表反射率整体表现为夏季小、冬季大,年平均值为0.241,比绿洲的大,而小于沙漠地区.而地面有效辐射却在夏季最大,冬季最小,年变化趋势与沙漠地区极为相近;春、夏、秋季有效辐射与吸收辐射之比在0.5左右,冬季增大到0.7以上,年平均分别为0.56,比沙漠的稍小而远大于绿洲地区;地表净辐射年变化与总辐射相同,年总量达到2 360 MJ·m-2,大于沙漠地区而比绿洲地区小很多.     

Analysis of Turbulence Characteristics over the Northern Tibetan Plateau Area

Based on CAMP/Tibet [Coordinated Enhanced Observing Period (CEOP) Asia-Australia Monsoon Project (CAMP) on the Tibetan Plateau] turbulent data collected at the Bujiao (BJ) site of the Nagqu area, the turbulent structure and transportation characteristics in the near surface layer during summer are analyzed. The main results show that the relationship between the normalized standard deviation of 3D wind speed and stability satisfies the similarity law under both unstable and stable stratifications. The relations of normalized standard deviation of temperature and specific humidity to stability only obey the “?1/3 power law” under unstable conditions. In the case of stable stratifications, their relations to stability are dispersing. The sensible heat dominates in the dry period, while in the wet period, the latent heat is larger than the sensible heat.     

青藏高原草甸下垫面湍流强度相似性关系分析

利用“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验(GAME／Tibet)”1998年加强期(IOP)的观测资料，分析研究了青藏高原草甸下垫面上的无量纲风速、温度及湿度方差相似性，并与HEIFE戈壁沙漠和绿洲及海洋下垫面作了比较，得到了一些有关青藏高原草甸下垫面上动力及热力学参数的有益的结论。     

基于Noah-LSM模式和CoLM模式的青藏高原中部陆面过程模拟

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站Amdo站2012年10月1日-2013年10月1日的气象和土壤资料,通过Noah-LSM模式和CoLM模式对青藏高原中部陆面过程进行模拟研究。模拟结果表明：两个模式对辐射通量的模拟均与观测值较吻合,地表长波辐射的模拟效果最好,净辐射次之,地表反射辐射最差;两个模式模拟的土壤温度与观测值很接近,均是表层的模拟效果好于深层,夏季的模拟效果好于冬季;土壤的冻结和融化过程都是由表层开始向下延伸的,CoLM模式模拟的冻融起止时间与观测值更为接近;两个模式对土壤湿度的变化趋势模拟较好,但存在较大偏差。     

那曲高寒草地上四种地表通量计算方法的对比

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站2013年9月至2014年8月自动气象站(AWS)和涡动相关系统(EC)的观测资料,基于空气动力学法、地表能量平衡组合法、总体输送法以及涡动相关法,计算了高寒草地下垫面的湍流通量,并对不同方法计算结果间的一致性和差异性进行了分析。结果表明,不同方法计算的湍流通量特征具有明显的差异。地表能量平衡组合法满足能量平衡关系,但在早晨和傍晚层结转换期间,计算的湍流通量出现异常不稳定值;空气动力学法计算的湍流通量在整个观测期与涡动相关法计算的湍流通量相关性最高,但在大气稳定度参数接近0,计算结果不稳定;总体输送法计算的通量数据在地气温差为负值时发散明显,但该方法原理简单,适合在只有常规观测项目的业务气象站或在气象观测项目不全的野外台站使用。空气动力学法和地表能量平衡组合法与涡动相关法的湍流通量的平均偏差相对较小,而总体输送法平均偏差相对较大。研究方法和结果除了为这些方法的使用提供参考外,也为建立长时间通量序列提供了一个较为合理的依据,有助于深入了解高原地气相互作用。     

藏北高原高寒草甸地表粗糙度对地气通量的影响

利用中国科学院寒区旱区环境与工程研究所那曲高寒气候与环境观测研究站的BJ观测站2012年1 12月大气湍流观测资料及自动气象站观测资料,应用一种独立的确定地表动力学粗糙度Z0m的方法及两种热力学粗糙度Z0h的参数化方案(Z98和Y07),得出了Z0m和Z0h以及附加阻尼kB-1的变化规律。结果表明,Z0m在一定时间尺度(月、季)上存在着波动,Z0h在高原季风前、盛行期、衰退期有不同的日变化和季节变化特征。结合陆面模式CoLM将地表特征参数代入该模式进行数值模拟,初步探讨了地表粗糙度的变化规律及其对地表通量的影响,结果表明,Z0m的动态变化和Z0h参数化方案的改进提高了CoLM模式的模拟性能,模拟的地表通量更接近观测值。