塔克拉玛干沙漠腹地夏季稳定边界层高度计算与分析北大核心CSCD

利用塔克拉玛干沙漠塔中站2021年7月6—17日加密探空观测数据,分别采用Coen法、Rib法、Liu-Liang法、反转强度法等4种方法进行了稳定边界层高度计算,比较了不同方法计算结果之间的差异,并结合塔中站80 m观测塔梯度探测系统资料,分析了近地面气象因子和稳定边界层高度之间的关系。结果表明:(1)试验期间塔克拉玛干沙漠腹地稳定边界层高度在1000 m以内,采用4种方法计算的平均高度依次为141、269、227、173 m,平均为202.38 m。稳定边界层在日落后开始发展,并在日出前后发展到最厚,采用4种方法计算的稳定边界层高度平均值从22:15的49、257、164、121 m分别上升至07:15的220、290、242、188 m,边界层高度上升趋势明显。(2)采用4种方法计算的稳定边界层高度总体变化趋势一致,但存在个别极端值,极端值出现多与特殊天气现象有关。其中采用Rib法计算的稳定边界层高度分布范围(10~890 m)大于采用其余3种方法计算的高度范围,可能因为Rib法既考虑了热力因素又考虑了动力因素,综合性较好。采用其余3种方法计算的高度略低,原因可能是每个时刻边界层发展并不均匀,夜间4个时刻平均后拉低了总体平均值,观测期间不同个例地面辐射冷却强度和湍流运动强度也会有影响。(3)不同天气条件下采用4种方法计算的稳定边界层高度也不尽相同。在晴朗夜晚条件下,采用4种方法计算的稳定边界层高度平均偏差最小,高度变化趋势相近;在沙尘天气中,采用4种方法计算的稳定边界层高度平均偏差居中,高度差异主要体现在日出或日落前后;雨天情况下,受边界层内各气象要素变化影响,采用4种方法计算的高度整体差异较大,平均偏差也最大。(4)在晴天天气下,采用Coen法确定的稳定边界层高度呈现出明显的升高过程,能够较为完整地描述稳定边界层在夜间的发展变化过程,几乎没有出现突然升高或降低的异常高度值,适用于热力作用显著的晴天;而在特殊天气条件下建议选择Rib法,该方法既考虑了热力作用又考虑到了动力作用的影响,是一个同时涵盖了风、温、湿的综合性参数,计算的边界层高度不确定性最小,更容易减小误差。(5)沙漠腹地稳定边界层高度受到动力和热力因素的共同影响,与湍流动能、风速、地面温度、土壤热通量的相关性较显著,相关系数最大依次为0.9、0.88、0.63、0.5。