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青藏高原约占中国陆地面积的四分之一,平均海拔在4000m以上,是世界上平均海拔最高,地形最复杂的高原,素有“世界屋脊”和“第三极”之称,也是气候系统中的水圈、生物圈、冰冻圈和大气圈等多个圈层相互作用最强烈的区域。由于受到人类活动影响较少,青藏高原也是研究地球多圈层相互作用的理想场所。而蒸散发是土壤和植被向大气输送水汽的一个过程,是全球能量平衡和水循环的重要组成部分。之前对青藏高原蒸散发的研究大多集中于高原整个区域或者说高原某一特定下垫面上气象因子对于蒸散发的影响,对于高原不同下垫面上气象因子与蒸散发的影响研究相对较少。本研究将主要集中分析青藏高原不同观测站点三种下垫面处(主要有中国科学院阿里荒漠环境综合观测研究站(阿里站)、中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站(珠峰站)、慕士塔格西风带环境综合观测研究站(慕士塔格站)、中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站(那曲站-BJ站)和中国科学院西北生态环境资源研究院阿柔冻融观测站(阿柔站),其中阿里站、珠峰站和慕士塔格站下垫面为碎石和稀疏短草,那曲站和阿柔站的下垫面分别为高寒草甸和高寒草原)的蒸散发量的变化情况,以及蒸散发量与气象因子的相关性,为研究青藏高原实际蒸散发量提供参考。
本研究主要通过对比波文比能量平衡法、总体输送法和平均昼夜变化法与查表法结合这三种插补方法对湍流通量的插补结果,同时对比分析其各自的优缺点,最后选择平均昼夜变化法与查表法结合的插补方法插补缺测的湍流通量数据。而后,对青藏高原五个观测站点(三种下垫面)2013年由涡动相关仪观测到的湍流通量数据中缺失的数据进行插补,得到相对完整的2013年青藏高原各个观测站点的湍流通量数据,从而计算各个不同观测站点蒸散发量的变化,并结合相应观测站点的气象因子的变化情况分析青藏高原不同下垫面处的日蒸散量与气象因子之间的相关性。除此以外,分析青藏高原两处不同下垫面(那曲站和珠峰站)日蒸散量的长期变化趋势以及与气象因子之间的相关性。主要得到以下结论:
(1)波文比能量平衡法、总体输送法和平均昼夜变化法与查表法相结合的这三种插补方法插补的湍流通量结果有所差异。波文比能量平衡法插补缺测的湍流通量数据需要的气象观测数据最多,其次是总体输送法,平均昼夜变化法与查表法相结合的插补方法需要取得气象观测数据最少。波文比能量平衡法和总体输送法适用于插补所需要的气象观测数据都存在,需要插补的湍流通量数据有大面积缺失。平均昼夜变化法与查表法相结合的插补方法在湍流通量和气象数据不存在较长时间内连续缺失时插补的结果较好。总体来看,平均昼夜变化法与查表法结合的插补方法插补的湍流通量数据的完整度和稳定度高于其它两种插补方法。
(2)对青藏高原的阿里站、阿柔站、慕士塔格站、那曲站和珠峰站这五个观测站插补后的2013年日蒸散量在时间尺度上的变化进行分析,结果表明:总体来说,日蒸散量阿柔站>慕士塔格站>那曲站>珠峰站>阿里站,而2013年年蒸散发量阿柔站>那曲站>慕士塔格站>珠峰站>阿里站,且那曲站和慕士塔格站的年蒸散发量相差不大,珠峰站与阿里站的年蒸散发量相差不大。从下垫面上来看,年蒸散发量最大的为高寒草原下垫面,其次分别为高寒草甸和荒漠碎石下垫面。从季节上来看,阿柔站、慕士塔格站、珠峰站和阿里站四个不同观测站点的月蒸散发量在8月份较大,而那曲站的月蒸散发量在7月份较大,虽然不同观测站点的日蒸散发量变化范围不同,但日蒸散发量在0mm/d~0.5mm/d之内的较多。
(3)青藏高原的阿里站、阿柔站、慕士塔格站、那曲站和珠峰站这五个观测站2013年日蒸散量与地温、气温、净辐射和土壤含水量的相关性较大。除此之外,地温、气温和净辐射的变化范围和变化趋势在五个不同观测站点上大致相同,土壤含水量在不同的观测站点有较大的差异,且阿柔站>阿里站>那曲站>慕士塔格站>珠峰站。而风速、饱和水气压差和地气温差在青藏高原不同的观测站点也有较大的差异。
(4)对用平均昼夜变化法和查表法结合的插补方法插补后的珠峰站2008-2017年的日蒸散发量进行长时间序列的分析显示:珠峰站和那曲站的日蒸散量最大值分别约为5mm/d和7mm/d,月蒸散发量在8月份和7月份较大。除此之外,珠峰站和那曲站的日蒸散发量与气象因子在不同季节相关性有一定差异,整体来看日蒸散发量与地温和气温的相关性最大。
本研究主要通过对比波文比能量平衡法、总体输送法和平均昼夜变化法与查表法结合这三种插补方法对湍流通量的插补结果,同时对比分析其各自的优缺点,最后选择平均昼夜变化法与查表法结合的插补方法插补缺测的湍流通量数据。而后,对青藏高原五个观测站点(三种下垫面)2013年由涡动相关仪观测到的湍流通量数据中缺失的数据进行插补,得到相对完整的2013年青藏高原各个观测站点的湍流通量数据,从而计算各个不同观测站点蒸散发量的变化,并结合相应观测站点的气象因子的变化情况分析青藏高原不同下垫面处的日蒸散量与气象因子之间的相关性。除此以外,分析青藏高原两处不同下垫面(那曲站和珠峰站)日蒸散量的长期变化趋势以及与气象因子之间的相关性。主要得到以下结论:
(1)波文比能量平衡法、总体输送法和平均昼夜变化法与查表法相结合的这三种插补方法插补的湍流通量结果有所差异。波文比能量平衡法插补缺测的湍流通量数据需要的气象观测数据最多,其次是总体输送法,平均昼夜变化法与查表法相结合的插补方法需要取得气象观测数据最少。波文比能量平衡法和总体输送法适用于插补所需要的气象观测数据都存在,需要插补的湍流通量数据有大面积缺失。平均昼夜变化法与查表法相结合的插补方法在湍流通量和气象数据不存在较长时间内连续缺失时插补的结果较好。总体来看,平均昼夜变化法与查表法结合的插补方法插补的湍流通量数据的完整度和稳定度高于其它两种插补方法。
(2)对青藏高原的阿里站、阿柔站、慕士塔格站、那曲站和珠峰站这五个观测站插补后的2013年日蒸散量在时间尺度上的变化进行分析,结果表明:总体来说,日蒸散量阿柔站>慕士塔格站>那曲站>珠峰站>阿里站,而2013年年蒸散发量阿柔站>那曲站>慕士塔格站>珠峰站>阿里站,且那曲站和慕士塔格站的年蒸散发量相差不大,珠峰站与阿里站的年蒸散发量相差不大。从下垫面上来看,年蒸散发量最大的为高寒草原下垫面,其次分别为高寒草甸和荒漠碎石下垫面。从季节上来看,阿柔站、慕士塔格站、珠峰站和阿里站四个不同观测站点的月蒸散发量在8月份较大,而那曲站的月蒸散发量在7月份较大,虽然不同观测站点的日蒸散发量变化范围不同,但日蒸散发量在0mm/d~0.5mm/d之内的较多。
(3)青藏高原的阿里站、阿柔站、慕士塔格站、那曲站和珠峰站这五个观测站2013年日蒸散量与地温、气温、净辐射和土壤含水量的相关性较大。除此之外,地温、气温和净辐射的变化范围和变化趋势在五个不同观测站点上大致相同,土壤含水量在不同的观测站点有较大的差异,且阿柔站>阿里站>那曲站>慕士塔格站>珠峰站。而风速、饱和水气压差和地气温差在青藏高原不同的观测站点也有较大的差异。
(4)对用平均昼夜变化法和查表法结合的插补方法插补后的珠峰站2008-2017年的日蒸散发量进行长时间序列的分析显示:珠峰站和那曲站的日蒸散量最大值分别约为5mm/d和7mm/d,月蒸散发量在8月份和7月份较大。除此之外,珠峰站和那曲站的日蒸散发量与气象因子在不同季节相关性有一定差异,整体来看日蒸散发量与地温和气温的相关性最大。