地表热通量对陕南强降水的影响

基于通量观测、邻近自动气象观测站和ERA5-Land再分析数据,结合重庆西部暴雨个例,讨论了重庆山地通量观测资料的可靠性和适用性,并对通量观测在2019年度的不同时间尺度变化特征进行分析,结果如下：（1）通量站与邻近气象站有相似的气象背景,通量观测相对于ERA5-land再分析资料更能反映出地表感热和潜热通量在降水期间的时间演变情况,该数据是可靠的,通量站的降水量可以用邻近站点平均降水量代替。（2）三种通量及其增量与温度、相对湿度、风速和降水均呈现出不同的相关关系,其中动量通量与降水和风速为正相关;感热和潜热通量与温度、风速为正相关,与相对湿度为负相关;槽上站的潜热和感热通量的增量与局部降水为负相关,这些特征均表明通量观测可以用于该次暴雨研究中。（3）感热、潜热通量的季节和月变化特征表明在长时间尺度上,地面对大气主要表现为加热和蒸发作用,动量通量的季节变化特征表明春季湍流运动最强而秋季最弱;潜热和感热通量的日变化主要表现为单峰型,即白天以增温和蒸发为主,夜间以冷却和凝结为主;动量通量的日变化也以单峰型为主,即白天湍流活动较强,夜间相对较弱,只有金佛山站在春夏秋三季表现出双峰型,即在夜间也有会出现湍流活动增强的情况。

     

重庆山地通量观测及其不同时间尺度变化特征分析

基于通量观测、邻近自动气象观测站和ERA5-Land再分析数据,结合重庆西部暴雨个例,讨论了重庆山地通量观测资料的可靠性和适用性,并对通量观测在2019年度的不同时间尺度变化特征进行分析,结果如下:(1)通量站与邻近气象站有相似的气象背景,通量观测相对于ERA5-land再分析资料更能反映出地表感热和潜热通量在降水期间...     

干旱区热力学粗糙度特征及对感热通量估算的影响

利用ＨＥＩＦＥ的实测资料估算了黑河实验区几个沙漠戈壁表面上的热力学粗糙度（以附加阻尼ｋＢ＾－１的形式）,发现在任一测站ｋＢ＾－１值的变化范围较大,同时分析了附加阻尼项在估算感热通量时的作用,而忽略该附加阻尼将会导致对感热通量的明显高估,提出在利用阻尼型公式计算感热通量时,不能采用简单的ｚ０ｍ＝ｚ０ｈ的假设,否则会带来较大误差。     

南疆沙漠腹地大气边界层湍流通量特征的观测研究

利用新疆塔中站2006年4月、8月的三维风速。温度和水汽脉动资料,运用涡旋相关法计算得到了春、夏季塔中10m高度的动量、感热和潜热通量。结果表明,塔中地区地表热量输送以感热输送为主。春季每天的最大感热通量变化范围为120—320W·m^-2,月平均值为220W·m^-2;夏季最大感热通量的变化范围为140—340W·m^-2,月平均值为230W·m^-2。感热通量值在夜间为负,白天为正,符号的改变出现在日出、日落前后。夏季潜热通量最大值一般为20—60W·m^-2,平均值为27W·m^-2,潜热通量比感热通量小一个量级。春季动量通量的平均值为-0．063W·m^-2,夏季动量通量的平均值为-0．091W·m^-2。日变化规律比较明显,日出后,动量向下传输增大,在09-10时（地方时）出现一个最大值,随后动量向下传输并开始减小。     

区域气候模式RegCM2对标量粗糙敏感性试验

在地气通量的计算中,一般没有考虑温度、水汽、动量的相应粗糙度之间的不同。本文将标量粗糙度Z0T和Z0q引入区域气候模式RegCM2的陆面过程BATS中,用1991年6月与7月的观测资料作了三组敏感性试验,并同实况进行了比较。结果表明：在区域气候模式RegCM2中引入标量粗糙度后,提高了地气间感热通量与潜热通量的计算精度,改善了地表温度和地表比湿的模拟,进而改变了降水的模拟,表明区域气候模式对标量粗糙是敏感的,并且在晴天状况下更为敏感。     

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。     

鄱阳湖地区地表通量特征及影响因素

利用2013年7月1日—2014年6月30日鄱阳湖东岸70 m铁塔的涡动相关观测资料,统计分析了风、温度、通量足迹的分布,重点分析了湍流通量的变化及其影响因素,结果表明:1)鄱阳湖地区夏季主要以南风、西南偏南风和东南偏南风为主,冬季风向多变,主要以西北风、西北偏北风等偏北风为主.秋季风速较强,春季次之,夏季最小.通量足迹在南、北方向密集,在西南和东北方向稀疏.2)动量通量表现为夏、秋季较大,冬、春季较小.感热通量表现为秋季最大,春季次之,夏季最小;秋季整体的变化幅度都较大,夏季整体较小.潜热通量夏季最大,冬季最小;潜热通量夏季整体的变化幅度较大,冬季整体较小.3)随着下垫面粗糙度的增大,摩擦速度和动量通量显著增大.潜热通量与水的相变密切相关,来自湖面的潜热通量较大,而来自陆地的较小;感热通量与大气稳定度有关,在稳定状态时为负,在不稳定状态感热通量显著增大.     

热带西太平洋海气交换系数订正

在计算海-气感热通量、潜热通量和动量通量时，因气象要素的测量高度不一致而带来的热交换系数cT、蒸发系数cE和摩擦系数 cυ的偏差，给计算结果带来一定的影响。文章介绍一种高度订正方法，对cT、cE、cυ的值加以订正，从而提高了计算准确性。计算结果表明，系数订正后的误差可减小9%—11%。     

印度洋海气热通量交换研究

基于综合海洋大气资料集(COADS)资料的研究表明,热带印度洋的海气热通量交换具有明显的区域性特征,在部分海域,如冬季热带印度洋的中东部、夏季的热带西印度洋和北印度洋,它主要表现为海洋对大气的强迫.海洋对大气的这种强迫,主要是通过潜热加热实现的.与潜热加热相比,感热加热尽管是一个小量,但感热异常与表层海温的显著相关,较之潜热明显超前.无论冬季还是夏季,热带印度洋都存在大面积海域,其SST变化难以通过海气热通量交换来解释.     

城市表面粗糙度长度的确定

讨论了动量粗糙度长度与热量和水汽等标量粗糙度长度在形式上和物理本质上的不同，以及造成这些不同的原因和条件，分析了决定动量粗糙度的几种因素，并给出了确定动量粗糙度长度的简化关系式，并且根据城市冠层与其上惯性次层能量和动量守衡的原因，建立了热量和水汽粗糙度与动量粗糙度之间的联系，得到了确定热量和水汽粗糙度长度的简化关系式，最后，通过数值试验，表明了动量粗糙度和标量粗糙度变化特征以及对一些主要参数的敏感程度，以及动量粗糙度与标量粗糙度的动态关系。     

The Parameterisation of Scalar Transfer over Rough Ice

We test a surface renewal model that is widely used over snow and ice surfaces to calculate the scalar roughness length (z _s ), one of the key parameters in the bulk aerodynamic method. For the first time, the model is tested against observations that cover a wide range of aerodynamic roughness lengths (z ₀). During the experiments, performed in the ablation areas of the Greenland ice sheet and the Vatnajökull ice cap in Iceland, the surface varied from smooth snow to very rough hummocky ice. Over relatively smooth snow and ice with z ₀ below a threshold value of approximately 10^?3 m, the model performs well and in accord with earlier studies. However, with growing hummock size, z ₀ increases well above the threshold and the bulk aerodynamic flux becomes significantly smaller than the eddy-correlation flux (e.g. for z ₀ = 0.01 m, the bulk aerodynamic flux is about 50% smaller). Apparently, the model severely underpredicts z _s over hummocky ice. We argue that the surface renewal model does not account for the deep inhomogeneous roughness sublayer (RSL) that is generated by the hummocks. As a consequence, the homogeneous substrate ice grain cover becomes more efficiently ‘ventilated’. Calculations with an alternative model that includes the RSL and was adapted for use over hummocky ice, qualitatively confirms our observations. We suggest that, whenever exceedance of the threshold occurs (z ₀  >  10^?3 m, i.e., an ice surface covered with at least 0.3-m high hummocks), the following relation should be used to calculate scalar roughness lengths, ln (z _s /z ₀)  =  1.5  ? 0.2 ln (Re _*)  ? 0.11(ln (Re _*))².     

Stability Dependence of Height Scales and Effective Roughness Lengths of Momentum and Heat Transfer Over Roughness Changes

It is widely accepted that the correct formulation of an effective roughness length, defined as the area average of the roughness length in heterogeneous terrain, relies upon the appropriate de-termination of a height scale. At this height a meteorological quantity is approximately in equilibrium with local surface conditions and independent of horizontal position. This research note determines explicitly the different height scales from the perturbation solutions of flow velocity and temperature, as well as the fluxes of momentum and heat, in a stratified boundary layer. These solutions are derived from the asymptotic approximation theory and shown to capture major characteristics of momentum and heat transfer over heterogeneous terrain with changes of the underlying roughness lengths. The effective roughness lengths can then be computed by use of these height scales. The dependence of height scales and effective roughness lengths upon stratification is also discussed briefly.     

藏东南地区复杂下垫面能量收支特征分析

利用公益性行业（气象）科研专项项目＂藏东南地区复杂下垫面地气交换观测研究＂在藏东南地区进行的地气交换观测实验数据,分析典型晴天和阴天条件下不同下垫面能量过程的特征及其差异。结果表明：在典型晴空状态下,不同下垫面的地表净辐射均具有明显的日变化特征,在典型阴天的情况下,不同下垫面地表净辐射日均值显著减小;在典型晴空天气下,4种类型下垫面上潜热均随着净辐射的增加而表现为增加的趋势,在典型阴天的情况下,潜热通量明显比晴空天气小;不同下垫面感热通量的日变化存在显著的差异,不同下垫面感热的变化特征在典型晴空和阴天条件下的差异不明显;不同下垫面土壤热通量与净辐射的变化趋势基本一致,阴天夜晚土壤热流的交换与晴天夜晚的差异不大,四种下垫面土壤均存在能量损失,土壤处于降温状态。     

棉田SPAS水热传输的多层模式

根据能量平衡方程和土壤水热耦合方程，建立土壤－植物－大气系统的多层模式，再综合考虑作物冠层和土壤内部的水热变化，对地表与作物之间的水热传输过程进行了描述，并用棉田的实测资料进行了模拟。     

Optimized Computation of Transfer Coefficients in Surface Layer with Different Momentum and Heat Roughness Lengths

A new method for computing the surface transfer coefficients is proposed, based on state-of-the-art empirical flux-profile relationships. The influence of the roughness length ratio is first demonstrated with the classical iterative calculation method. Then a non-iterative algorithm is developed, taking into account the difference between momentum and heat roughness lengths.The new method is validated by comparison with the reference iterative computation. The large gain-in computer processing time (CPU) time gain for the calculation of surface fluxes in Eulerian grid models is finally assessed.     

利用船测近海层湍流热通量资料验证OAFlux数据集

美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)的客观分析海气通量(Objectively Analyzed air-sea Fluxes,OAFlux)数据集中的近海层湍流热通量数据被公认为最可信,并被广泛地用于气候模式模拟结果检验。利用NOAA ETL(Environmental Technology Laboratory)两个固定观测站点的科学试验的船测通量数据库(TOGA COARE试验观测资料和KAWJEX试验观测资料),对OAFlux的热通量进行验证。结果表明:OAFlux的潜热通量普遍高于船测值,并且风速较大时,两者差异较大。风速对潜热通量的变化趋势起主导作用,海表和大气湿度差影响甚微。低风条件下,OAFlux的潜热通量和船测值差异则很小。海面湍流感热交换很弱,通量值本身依然受到风速的主导作用,但由于感热通量值与观测仪器误差十分接近,导致比较分析异常困难。分析结果表明:在上述两个观测试验期内,由于海表空气湿度和大气的湿度差变化不显著,海气相互作用的强度主要取决于海面风速的变化。     

东亚副热带西风急流与地表加热场的耦合变化特征

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料，采用奇异值分解方法分析200 hPa纬向风场与东亚地表加热场的空间耦合变化特征，揭示影响东亚副热带西风急流位置及强度变化的加热关键区域。研究结果表明，冬季西太平洋黑潮暖流区是表面感热、潜热通量场的大值区，其加热强度主要影响东亚副热带西风急流的强度变化，当加热增强（减弱）时，急流加强（减弱）。热带和副热带地区地表加热的反相变化对应纬向风的整体一致变化，且影响关键区在热带地区， 这种耦合分布型主要体现为年代际的变化特征。夏季，海陆感热加热差异主要影响中低纬纬向风的变化，而影响急流位置南北移动的加热关键区位于阿拉伯海及印度半岛北部，这种加热分布体现感热的局地性变化，可能与高原大地形分布有关。由于夏季降水的不均匀性，潜热加热与200 hPa纬向风场的耦合关系较为复杂。通过分析加热异常年的环流形势差异发现，对流层中上层经向温差对地表加热场异常变化的响应是导致高层纬向风变化的原因，这种地面加热变化导致高层温度场及流场的响应可通过热力适应理论得到较好的解释。     

应用通量方差法估算戈壁绿洲下垫面湍流通量的研究

利用“绿洲系统能量与水分循环过程观测试验” 2005年绿洲、戈壁点的观测资料, 分析与讨论了温度、水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系, 应用通量方差法对感热、 潜热通量进行了计算, 并同涡动相关系统的观测结果进行了比较。不稳定条件下, 戈壁点温度归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系优于下垫面非均匀性更强的绿洲点, 绿洲点水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系较温度量表现得更好。对同一站点, 归一化温度标准差的通量方差关系并不总是优于水汽的通量方差关系, 其取决于该站点的温度以及水汽的源汇分布情况; 通量方差法对两个站点的感热、 潜热通量均有较好的再现, 但戈壁点感热通量的计算效果优于非均匀性更强的绿洲点。应用通量方差法对潜热通量计算时若采用直接观测的感热通量, 则潜热通量的计算效果具有一定程度的改善。     

空气动力学方法在湍流通量计算中的误差分析

采用迭代方法检验了在近地面层大气中使用空气动力学方法时，温度、湿度和风速梯度等观测误差对感热和潜热通量计算的相对误差，结果表明，在微风和低温环境中，空气动力学方法的使用受到限制。