利用COSMIC掩星资料研究青藏高原地区大气边界层高度

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青藏高原地区特殊的地形造就了高原边界层的独特性和复杂性。其强大的热力和动力作用对中国东部、南部地区甚至全球天气和气候都有着重要影响。而青藏高原对大气的作用是通过其边界层对大气造成影响的。受到青藏高原观测条件的限制,以往关于高原边界层的研究都是基于个别站点的常规观测,对青藏高原边界层的整体性认识受限。GPS掩星资料具有测量精度高和垂直分辨率高的特性,其廓线中含有大量有价值的边界层信息。利用2007—2013年COSMIC掩星资料,通过计算大气折射率最小梯度来确定边界层高度,并用无线电探空资料对结果进行了检验。在此基础上,对青藏高原地区边界层高度的特征及其形成机制展开了研究,比较了 COSMIC掩星确定的边界层高度和ERA-Int的差别,讨论了最小梯度法用于边界层研究的不确定性。结果表明:青藏高原上COSMIC掩星和无线电探空数据检测的边界层高度相关系数为0.786,平均值偏差为0.049 km,均方根误差为0.363 km,COSMIC掩星数据检测的边界层高度和无线电探空的结果非常接近。青藏高原上边界层高度呈现西高东低的分布特征,高原中西部边界层高度主要为1.8—2.3 km,而高原东部边界层为1.4—1.8 km,最大值在高原西南部。青藏高原地区边界层有明显的季节差异,冬季高原上大部分地区边界层高度超过2.0 km;春季大部分地区在降低,但在受印度季风影响的高原南部有明显的抬升,最大值可超过3.0 km;夏季高原上边界层高度开始增大,大部分地区超过1.8km;秋季又开始回落。高原以北塔克拉玛干沙漠和高原以南印度季风活动区是两个高值区,北部的沙漠地区边界层高度在夏季最强,南部印度季风活动区在季风爆发前(4月)达到全年最大值。高原中西部地区有水平风辐合以及广泛的上升运动,为边界层的发展提供了动力条件,而东部的下沉运动对边界层的发展有抑制作用。青藏高原边界层各个季节的空间分布与地表感热通量分布一致。COSMIC掩星资料确定的边界层高度和ERA-Int相比,空间分布基本一致但ERA-Int边界层高度明显偏低。当有系统性强逆温存在的时候,或者云中液态水或冰水含量较大时,用最小梯度法检测的边界层高度不确定性增加。本文利用COSMIC掩星观测资料研究高原边界层高度,探讨了其形成机制,从整体上认识了高原边界层特征,弥补了以往观测资料的不足,以期为青藏高原边界层的参数化提供一些参考和依据。在将来的研究工作中还将发展更为完善的算法,将更多的GPS掩星资料应用于青藏高原边界层的研究。
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