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珠峰地区纬度低,海拔高,地形陡峭,下垫面不均匀,强烈的太阳辐射驱动着多种相互耦合的局地环流,如坡风、山谷风和冰川风等,构成了该地区复杂的山地环流系统。这种沿着陡峭山体的山地环流系统,直接影响着地面大气与对流层大气间的物质和能量交换过程。因此,研究珠峰北坡局地环流系统对于认识该地区的物质和能量交换过程有着重要意义。本工作拟采用“喜马拉雅山北坡地区地面大气与对流层大气交换研究(HEST)”在珠峰北坡绒布河谷内的野外强化观测资料,以及中尺度大气模拟系统RAMS,对珠峰北坡地区局地环流系统进行理论分析和数值模拟试验。主要研究内容和结果如下:
1)使用HEST2006和HEST2007野外观测实验地面风、大气辐射、大气热力场以及风温垂直分布观测资料,对珠峰北坡绒布河谷局地环流的分布和变化特征以及可能的驱动机制进行分析研究。研究表明,珠峰北坡地区局地环流日变化为,日出前后河谷内的静风,风速低于1 m/s;上午沿河谷上行的弱偏北气流;中午到午夜以后沿河谷下行的强烈偏南气流,最大平均风速可达到12 m/s以上,高度在250 m左右。同时,河谷内大气垂直运动以下沉运动为主,垂直速度超过30 cm/s。可以看出,这一山地环流系统明显区别于其它地区。进一步的分析表明,这一特殊局地环流系统的构成以冰川风-山谷风“下行复合气流”为主,其形成和发展主要是由该地区陡峭地形和复杂地表状态调整下的辐射加热和冷却过程所驱动。由于地形的阻隔作用,观测到的河谷中大气运动与河谷上空相关很小。
2)利用中尺度大气模拟系统RAMS v6.0,使用较为真实的下垫面和大尺度天气背景场,对晴天时珠峰北坡的局地环流进行了高水平分辨率(500 m)的数值模拟。试验结果与实测近地面风场以及气流垂直分布的日变化基本一致,再现了该地区冰川风与山谷风复合形成的局地环流特征。从而证实了在喜马拉雅山区特定的下垫面和大气辐射条件下形成的局地环流明显区别于其它山地。同时,这一研究结果还表明,在基本真实的初始和边界条件下,RAMS数值模拟系统可以应用于象珠峰地区这样的高海拔、陡峭地形和复杂地表状态下的大气局地环流数值模拟研究。
3)利用中尺度大气模拟系统RAMS v6.0,进行了去除冰/雪盖下垫面的数值敏感性试验,并与上述控制试验结果相比较。敏感性试验结果表明,当珠峰地区冰雪下垫面改为裸土后,珠峰北坡绒布河谷地区近地面流场日变化与其它山地的环流系统相接近,即太阳辐射强烈时为沿河谷上行气流,地面冷却时为沿河谷下行气流。同时可以看到,喜马拉雅山南坡上行气流可以翻越主山脊进入北坡的绒布河谷地区,形成下行气流,阻止了该地区午后上行气流的持续发展。与前述控制试验结果相比较,可以认为,珠峰北坡地区局地环流的主要特征是由该地区高海拔冰雪覆盖地表上形成的冰川风与低海拔非冰雪地表上形成的山谷风相互耦合所决定的。