【摘 要】
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采用考虑沉水植物影响的E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型,利用太湖中尺度通量网2013年8月的观测数据驱动E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型,模拟并分析2013年8月东太湖
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采用考虑沉水植物影响的E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型,利用太湖中尺度通量网2013年8月的观测数据驱动E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型,模拟并分析2013年8月东太湖避风港站点的湖-气交换过程、湖泊内部的热力结构和动力分布。评估E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型中沉水植物的存在对湖泊过程存在的影响,并将E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型与CLM4-LISSS模型进行对比,当前主要的研究结果有：(1)由于湖水较浅,太湖的水温层结会明显受到天气状况的影响。晴朗小风条件下的湖水呈现显著的热分层现象,当风速为0.8m s-1,湖深0.2米处的水温和底层的温度差异达到7.9℃。大风天气条件驱动较强的水体湍流混合,水温的热分层消失,当风速为12 m s-1时,湖水上层与底层的水温差仅0.12℃。(2)E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型能够较好的模拟出浅水大湖湖气交换的过程。模拟出的太湖表面感热通量和潜热通量与观测值吻合较好,潜热通量的模拟值与观测值的均方根误差为54.7 W m-2,感热通量均方根误差是8.41 W m-2。该模型也较好地模拟出太湖水温的变化趋势,模型计算的各层水温与观测值相比,均方根误差均未超过1℃。(3)太湖东部区域,沉水植物的存在使得太阳辐射很难到达湖底,水体的内部热量减少,水温降低。同时由于沉水植物对湖水流动的拖曳作用,湖体内部的湍流动能减小,改变湖体的湍流动能分布。当沉水植物较高(1.6m)时,与沉水植物较低(0.4m)相比,湖体1.5m深度处的水温减小0.43℃：而当沉水植物生物量密度较小时(100gDW m-3)与生物量密度较大时(1000gDW m-3)相比,湖深1.5米处水温平均高出0.21℃。(4)E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型模拟出的感热通量、潜热通量平均误差低于CLM4-LISSS模型,相关性也较高,相关系数比CLM4-LISSS模型模拟出的分别高出0.02和0.03。E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型模拟的水温偏低,CLM4-LISSS模型模拟的深层湖温水温偏高。由此表明,对于水体较浅且沉水植物密集的东太湖区域,E-ε湍流动能闭合湖泊热力学过程模型由于其更好的考虑了沉水植物的影响并采用水体湍流动能平衡方程进行计算,模拟性能更好。
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