北极Austre Lovénbreen冰川表面能量平衡研究

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北极地区冰/雪-大气相互作用的过程,是制约我们认识北极地区快速变化的关键科学问题。冰川是冰冻圈要素中非常重要的组成部分,在北极地区进行冰川表面能量平衡的研究,有助于进一步探究冰-气相互作用,更准确的预测北极乃至全球气候。基于2014年4月30日-2015年4月30日北极Svalbard群岛Austre Lovénbreen冰川自动气象站(Automatic Weather Station,AWS)观测的气象资料,对Austre Lovénbreen冰川表面能量平衡进行研究。通过实测的气象资料评估了多种向下长波辐射的参数化方案及ERA-5再分析资料在该区域的适用性,结合能量平衡模型计算了2014年4月30日-2015年4月30日Austre Lovénbreen冰川的各能量分量并分析其变化,最后,通过再分析资料分析Svalbard群岛850 hPa位势高度和海平面气压场的变化,探讨了暖湿空气入侵对Austre Lovénbreen冰川表面能量平衡的影响。本文主要得出了以下结论:(1)通过向下长波辐射参数化方案的评估发现,所有参数化方案都高估了Austre Lovénbreen冰川的向下长波辐射,以Maykut(1973)晴空参数化方案为基础的Bolz(1949)全天空参数化方案模拟效果最好。ERA-5再分析资料中,除气温和向下长波辐射外,风速、气压等气象要素均存在不同程度的高估,但总的来看,ERA-5再分析资料可以较好的补充AWS观测中缺失的气象数据。通过对比2014年4月30日-2015年4月30日Austre Lovénbreen冰川累积物质平衡的观测值和模拟值发现,能量平衡模型对Austre Lovénbreen冰川的模拟效果较好。(2)2014年4月30日-2015年4月30日期间Austre Lovénbreen冰川表面能量平衡组成中,净短波辐射是最主要的能量来源,其次是感热通量,地下热通量为最低的能量收入项。能量支出项中,净长波为主要能量支出,消融耗热次之,最小的能量支出项是潜热通量。(3)通过对比世界典型冰川的表面能量收支发现,北极与青藏高原、南极地区冰川/盖表面能量收支中辐射和湍流等组分存在显著的差异:极地区域净短波和净长波辐射量均小于青藏高原;而极区湍流通量总体大于青藏高原;与北极和青藏高原相比,南极内陆由于较低的地表温度,没有产生消融。导致产生差异的因素除地理位置、海拔、反照率、空气/地表温度及水汽含量外,暖湿空气入侵造成的影响也是非常显著的。(4)通过对65°N以北区域850hPa位势高度和海平面气压场变化的分析并结合气象数据的变化得出:当Austre Lovénbreen冰川受到来自北大西洋暖湿空气入侵时,气象要素呈现暖状态,净长波辐射和热通量增加,感热和潜热通量减少,且净长波辐射和热通量的增加量大于感热和潜热通量的减少量。总的来说,暖湿空气入侵导致Austre Lovénbreen冰川表面能量损失减少,即冰雪表面得到的能量增加。
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