水体对湍流交换系数的影响*

本文根据边界层理论,计算水体附近湍流交换系数的变化。计算结果表明:白天整个水体上的湍流交换系数都比陆面上同高度的要小,并且有二个低值中心:一个靠近水面,另一个在约100m高度;夜间靠近水面的那层空气的湍流交换系数仍较小,但其上方的湍流交换系数要比陆面上大。水面上的湍流交换系数日变化小于陆面上,特别是靠近水面那层空气日变幅很小。同时指出:水陆间粗糙度的差异和稳定度的差异控制着水陆湍流交换系数的差异;前者是稳定的;后者有周期性的变化。     

青藏高原总体输送系数的特征

利用中日亚洲季风机制合作研究计划设在西藏的 4个自动气象站（AWS）获得的5a多（199年7月～1998年12月）时次密集、观测连续的近地层梯度资料,以最小二乘法确定出相应站点各季节的地表粗糙度,并应用廓线-通量法计算了4站逐日的总体输送系数,分析了其随时间的变化特征。结果表明:青藏高原动量输送系数的多年平均值为3.53×10-3～4.99×10-3,热量输送系数为4.67×10-3～6.73×10-3,并且两种输送系数都存在明显的日变化和季节变化,部分站点还存在较明显的年际变化。另外,还讨论了总体输送系数与近地层大气层结稳定度、地表粗糙度以及地面风速等因子的关系,初步建立了可用常规气象站地面观测资料计算青藏高原总体输送系数的拟合公式。     

粗糙度与风浪特征量关系的研究

在实验室风浪槽中观测风浪和风速,研究粗糙度与波面特征量的关系,发现风浪谱宽度增加,粗糙度增大。在窄谱时,粗糙度随谱宽的增加变化不明显,当波陡降低,粗糙度降低;在宽谱时,当谱宽度增加,即使波陡降低,粗糙度仍可增大。这一结果表明,波陡不足以完全决定粗糙度。当风浪波龄增加,粗糙度呈下降趋势,但由于谱宽度对粗糙度的影响,当波龄增加,部分波浪可有较大的粗糙度。由于这一因素,在粗糙度与波龄关系的观测结果中,数据点的散落不完全由观测误差造成。     

Bed-roughness investigation for a 2-D model calibration： the San Martin case study at Lower Parana

This paper illustrates how the acoustic Doppler current profiler （ADCP） and single-beam echo-sounder （SBES） recordings can be used for the calibration of existing software to assist in generalizing the morphodynamic processes in large rivers at key sites such as bifi.trcations and confluences. Calibration of the MIKE21C numerical model by the Danish Hydraulic Institute at the 25-km-long reach of Lower Paran~ near Rosario （Argentina） is presented. This reach includes two downstream confluences and two bifurcations. The model simulates a 2-D depth-averaged flow velocity and the related sediment fluxes to predict the bifurcation morphodynamics that affects the Paranh waterway. To investigate the river channel bathymetry, roughness, flow discharge allocation at bifurcations, suspended sediment concentration and grain size distributions, several instruments were used. These instruments included two ADCPs by Teledyne RDI working at frequencies of 600 and 1,200 kHz, a Sontek ADCP working at a frequency of 1,000 kHz and a SBES. The method to assess suspended sediment concentration and grain size distributions has been previously described. This paper focuses primarily on investigating dune morphology （by means of SBES depth measurements） and friction velocity （by means of ADCP profiling） to determine the river channel bed-roughness. The 2-D model results agree with observed values of bed-roughness, flow velocity and suspended sediment concentration distributions at the investigated sections, known data of water slope and total load of bed sediment are in good agreement with model results.     

渤海沿岸固定冰粗糙特征的实测研究

The surface roughness characteristics(e.g., height and slope) of sea ice are critical for determining the parameters of an electromagnetic scattering, a surface emission and a surface drag coefficients. It is also important in identifying various ice types, retrieval ice thickness, surface temperature and drag coefficients from remote sensing data. The point clouds(a set of points which are usually defined by X, Y, and Z coordinates that represents the external surface of an object on earth) of land fast ice in five in situ sites in the eastern coast Bohai Sea were measured using a laser scanner-Trimble GX during 2011–2012 winter season. Two hundred and fifty profiles selected from the point clouds of different samples have been used to calculate the height root mean square, height skewness, height kurtosis, slope root mean square, slope skewness and slope kurtosis of them. The root mean square of the height, the root mean square of the slope and the correlation length are about 0.090, 0.075 and 11.74 m, respectively. The heights of 150 profiles in three sites manifest the Gaussian distribution and the slopes of total 250 profiles distributed exponentially. In addition, the fractal dimension and power spectral density profiles were calculated. The results show that the fractal dimension of land fast ice in the Bohai Sea is about 1.132. The power spectral densities of 250 profiles can be expressed through an exponential autocorrelation function.     

光滑海面上风、温、湿廓线的层结订正模式及海气整体交换系数

详细介绍了光滑面标量粗糙度ＺＴ,Ｚｑ与风速粗糙度Ｚ０的相似表达式,论述了把Ｍｏｎｉｎ－Ｏｂｕｋｈｏｖ相似理论推广到光滑面上湍流气层的合理性,从而得到光滑面风、温、湿层结订正廓线与粗糙面廓线相统一的形式。总结了用该模式处理的三个海上梯度观测资料的计算结果,揭示出了微风时通过光滑海面的海气通量及整体交换系数受层结影响远大于风速影响的特征。并给出光滑界面上不同层结的整体交换系数随风速变化的拟合公式。     

黄河源高寒湿地-大气间暖季水热交换特征及关键影响参数研究

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院麻多黄河源气候与环境变化观测站2014年6~8月观测资料,分析了黄河源区高寒湿地-大气间暖季水热交换特征,并利用公用陆面模式（Community Land Model,简称CLM）模拟了热通量变化,提出针对高寒湿地的粗糙度优化方案。主要结果如下:（1）暖季向上、向下短波与净辐射的平均日变化规律一致,向上、向下长波平均日变化平缓,地表温度升高相对于向下短波具有滞后性,潜热通量始终为正值并大于感热通量;（2）温度变化显著层结为20 cm以上土壤浅层,存在明显的日循环规律,土壤中热量09:00（北京时,下同）下传至5 cm深度,温度升高,11:00至10 cm深度,13:00至20 cm深度,18:00后开始上传,温度降低,40 cm及以下深度受此影响较小,热量在土壤中整体由浅层向深层输送;（3）土壤湿度平均日变化小,5 cm深度为土壤湿度最小层,10 cm深度为最大层;（4）麻多高寒湿地动力学粗糙度Z_0m在暖季变化稳定,可作为常数,Z_0m=0.0143 m;（5）提出更加适合高寒湿地下垫面暖季附加阻尼kB-1参数化方案,使得热通量模拟效果较CLM原始方案有所提高。以上结果对于研究湿地下垫面陆面过程具有重要意义。     

基于SAR影像的干旱区冲/洪积扇地貌面定量分期研究−以河西走廊西部沙漠区的疏勒河洪积扇为例

河流作用形成的洪积扇和河流阶地可以提供过去构造活动、气候变化和地貌演变过程的有效记录;而准确划分洪积扇地貌面的期次是开展环境变化及构造活动定量研究的基础。已有研究往往利用L波段数据SAR后向散射系数值作为地貌粗糙度替代参数,进行地貌面定量分期,但并未考虑不同时间数据源对分期结果的影响。以疏勒河洪积扇为研究对象,通过分析多时相L波段SAR数据后验统计指标以及大气评估条件,确定最佳数据源,并运用最大似然分类法对后向散射强度值进行分类,以实现地貌面的定量分期。结果表明：使用分期后验统计指标作为选取最佳时像影像数据的标准,可以获得更好的分期结果;L波段HH单极化数据可得到较好的分期结果,与C波段数据相比,对于不同年龄地貌面的划分更具优势,且数据更易获取,具备自动化分期潜力;SAR影像质量以及分期结果与成像时大气条件密切相关,而与季节相关性不大,因此建议优先选择成像时地表含水量较低的影像,例如,高蒸发强度的夏季。文章提出的这套对遥感数据质量分析并进行地貌面分期的方法可用于完成干旱地区大尺度冲/洪积扇的快速定量分期,为构造和气候的研究提供有价值的信息。     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

基于谱矩的地学特征因子提取方法及其应用

地学特征因子的提取是定量化数学地质分析的重要基础,可以为地貌类型识别提供有效的客观依据。基于谱矩分析,本文提出了一种描述表面数据粗糙程度的特征因子,并且分析了新特征因子的特点和其应用可能性。该方法以随机过程理论为基础,通过计算表面各阶谱矩以及相应的统计不变量来描述三维表面形貌的特征。以中国卫星重力测量数据和DEM数据为例,试验该方法运用于地貌类型识别的效果。理论模型数据与实际数据结果均表明,基于谱矩的新的地学特征因子不仅可以有效地反映数据起伏与变异特征,而且提取出的特征可以为地貌及重力构造单元划分提供客观依据。