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青藏高原海拔高,地形复杂,其热力作用对中国的天气气候乃至全球大气环流都有着至关重要的影响。因此分析研究高原不同下垫面的地气能量交换过程有助于我们深入理解高原地气相互作用的变化规律。
本文以青藏高原地区不同下垫面总体输送系数、地面热源的变化特征及其与气候因子的关系为研究目标,首先,利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站的野外观测数据计算了位于三种不同下垫面观测点(BJ高寒草地、NewD66高寒稀疏草地、Amdo高寒草原)的多年逐月热量输送系数和水汽输送系数以及它们的适用性分析。其次,对比分析了三种不同下垫面的总体输送系数的季节变化以及影响其季节变化的气候因子。最后,在此基础上利用中国气象局的常规气象观测站点数据计算并分析了1980-2016年不同下垫面、不同气候区域内地表湍流通量的年际变化与季节变化特征。得到如下结论:
(1)那曲高寒草地下垫面BJ观测点的地表大气相对湿度因子、热量输送系数、水汽输送系数都存在明显季节变化。地表大气相对湿度因子γ的数值在33%~62%之间,热量输送系数CH月平均值范围在1.6×10-3~2.7×10-3,水汽输送系数Cλ月平均值范围在1.0×10-3~2.0×10-3。1980-2016年那曲业务气象站代表的高寒草地下垫面的湍流通量在年际变化上,感热通量总体呈现减弱趋势,潜热通量呈现增强趋势,地面热源变化趋势不明显。在年内季节变化上,潜热通量的季节变化相较于感热通量变化更明显,感热通量在5月达到全年最大值,在12月达到最小值;潜热通量在7月为全年最大值,在1月为最小值。
(2)五道梁高寒稀疏草地下垫面NewD66观测点地表大气相对湿度因子γ的变化范围在34%~56%之间,热量输送系数CH月平均值范围在1.77×10-3~2.53×10-3,水汽输送系数Cλ月平均值范围在1.0×10-3~2.35×10-3。1980-2016年五道梁业务气象站代表的高寒稀疏草地下垫面的湍流通量在年际变化上,感热通量总体呈现上升趋势,潜热通量总体上趋势较平稳,地面热源的年际变化趋势上升趋势不明显。在年内季节变化上,地面热源有显著的季节变化,感热通量在4月达到全年最大值,在11月达到最小值;潜热通量在7月为全年最大值,在1月为最小值。
(3)BJ观测点、NewD66观测点、Amdo观测点热量输送系数CH的季节变化趋势一致。夏季CH的数值BJ>Amdo>NewD66观测点。三个观测点多年月均风速变化趋势一致,冬春大夏秋小;三个观测点CH的值在干湿季与风速之间有较大关系,各个观测点其CH的值随风速的减小而增大。三个观测点地气温差季节变化趋势相同,在量值上NewD66观测点>Amdo观测点>BJ观测点;由于日尺度上的变化特征在计算月均值时被平均,所以季节尺度上地气温差对热量输送系数CH的影响特征不显著。叶面积指数LAI数值上Amdo观测点>BJ观测点>NewD66观测点;三个观测点叶面积指数LAI与热量输送系数CH的值在湿季呈正比,干季呈反比。BJ观测点、NewD66观测点、Amdo观测点水汽输送系数Cλ的季节变化趋势大致相同,都呈现“双峰型”,BJ和Amdo观测点Cλ的峰值出现在4月和8月,NewD66观测点Cλ的变化趋势超前BJ和Amdo观测点一个月左右,峰值出现在3月和7月。三个观测点的Cλ与土壤含水量呈正比,土壤含水量值越高的站点,Cλ的值越大。
(4)那曲高原亚寒带半湿润气候区内,1980-2016年玉树、日喀则站感热通量的年际变化呈上升趋势,安多站的年际变化趋势呈下降状态,感热通量的年均值安多站>日喀则站>玉树站;玉树、安多、日喀则站1980-2016年潜热通量的年际变化均呈微弱上升趋势,年均值上日喀则和安多站数值相当,均大于玉树站;1980-2016年安多站地面热源的年际变化趋势为下降状态,玉树和日喀则站地面热源的年际变化呈上升趋势,年均值上:安多站>日喀则站>玉树站。南羌塘高原亚寒带半干旱气候区内,1980-2016年改则站感热通量、潜热通量和地面热源的年际变化趋势均为下降趋势,班戈站均呈上升趋势;在数值上,改则站的感热通量、潜热通量和地面热源的年均值均大于班戈站。
本文以青藏高原地区不同下垫面总体输送系数、地面热源的变化特征及其与气候因子的关系为研究目标,首先,利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站的野外观测数据计算了位于三种不同下垫面观测点(BJ高寒草地、NewD66高寒稀疏草地、Amdo高寒草原)的多年逐月热量输送系数和水汽输送系数以及它们的适用性分析。其次,对比分析了三种不同下垫面的总体输送系数的季节变化以及影响其季节变化的气候因子。最后,在此基础上利用中国气象局的常规气象观测站点数据计算并分析了1980-2016年不同下垫面、不同气候区域内地表湍流通量的年际变化与季节变化特征。得到如下结论:
(1)那曲高寒草地下垫面BJ观测点的地表大气相对湿度因子、热量输送系数、水汽输送系数都存在明显季节变化。地表大气相对湿度因子γ的数值在33%~62%之间,热量输送系数CH月平均值范围在1.6×10-3~2.7×10-3,水汽输送系数Cλ月平均值范围在1.0×10-3~2.0×10-3。1980-2016年那曲业务气象站代表的高寒草地下垫面的湍流通量在年际变化上,感热通量总体呈现减弱趋势,潜热通量呈现增强趋势,地面热源变化趋势不明显。在年内季节变化上,潜热通量的季节变化相较于感热通量变化更明显,感热通量在5月达到全年最大值,在12月达到最小值;潜热通量在7月为全年最大值,在1月为最小值。
(2)五道梁高寒稀疏草地下垫面NewD66观测点地表大气相对湿度因子γ的变化范围在34%~56%之间,热量输送系数CH月平均值范围在1.77×10-3~2.53×10-3,水汽输送系数Cλ月平均值范围在1.0×10-3~2.35×10-3。1980-2016年五道梁业务气象站代表的高寒稀疏草地下垫面的湍流通量在年际变化上,感热通量总体呈现上升趋势,潜热通量总体上趋势较平稳,地面热源的年际变化趋势上升趋势不明显。在年内季节变化上,地面热源有显著的季节变化,感热通量在4月达到全年最大值,在11月达到最小值;潜热通量在7月为全年最大值,在1月为最小值。
(3)BJ观测点、NewD66观测点、Amdo观测点热量输送系数CH的季节变化趋势一致。夏季CH的数值BJ>Amdo>NewD66观测点。三个观测点多年月均风速变化趋势一致,冬春大夏秋小;三个观测点CH的值在干湿季与风速之间有较大关系,各个观测点其CH的值随风速的减小而增大。三个观测点地气温差季节变化趋势相同,在量值上NewD66观测点>Amdo观测点>BJ观测点;由于日尺度上的变化特征在计算月均值时被平均,所以季节尺度上地气温差对热量输送系数CH的影响特征不显著。叶面积指数LAI数值上Amdo观测点>BJ观测点>NewD66观测点;三个观测点叶面积指数LAI与热量输送系数CH的值在湿季呈正比,干季呈反比。BJ观测点、NewD66观测点、Amdo观测点水汽输送系数Cλ的季节变化趋势大致相同,都呈现“双峰型”,BJ和Amdo观测点Cλ的峰值出现在4月和8月,NewD66观测点Cλ的变化趋势超前BJ和Amdo观测点一个月左右,峰值出现在3月和7月。三个观测点的Cλ与土壤含水量呈正比,土壤含水量值越高的站点,Cλ的值越大。
(4)那曲高原亚寒带半湿润气候区内,1980-2016年玉树、日喀则站感热通量的年际变化呈上升趋势,安多站的年际变化趋势呈下降状态,感热通量的年均值安多站>日喀则站>玉树站;玉树、安多、日喀则站1980-2016年潜热通量的年际变化均呈微弱上升趋势,年均值上日喀则和安多站数值相当,均大于玉树站;1980-2016年安多站地面热源的年际变化趋势为下降状态,玉树和日喀则站地面热源的年际变化呈上升趋势,年均值上:安多站>日喀则站>玉树站。南羌塘高原亚寒带半干旱气候区内,1980-2016年改则站感热通量、潜热通量和地面热源的年际变化趋势均为下降趋势,班戈站均呈上升趋势;在数值上,改则站的感热通量、潜热通量和地面热源的年均值均大于班戈站。