论文部分内容阅读
黄土高原的陆-气相互作用不仅直接影响到黄土高原地区的气候和环境变化，而且对东亚，乃至全球的气候和环境变化可能产生重要影响，这一点已经受到越来越多的关注。因此，为了对黄土高原大气边界层和近地面结构特征、土壤水热传输以及能量平衡等问题进行深入研究，作者从2004年至2007在甘肃省平凉地区黄土高原塬区开展了黄土高原陆面过程野外观测系列试验(以下简称LOPEX04、05、06、07)，并且可能还会持续下去。
本论文利用LOPEX系列的野外试验数据，首先分析了黄土高原塬区大气边界层结构、近地面湍流特征、地表辐射和能量交换特征，然后计算了能量存储项，对能量平衡闭合问题进行了研究。得出的主要结论如下：
(1)甘肃省平凉白庙黄土塬区边界层日变化特征明显，这主要与该地区地面温度日变化较大有密切关系。
(2)在白天不稳定层结情况下，湍流能谱的高频段存在较明显的惯性区，能量耗散的规律基本符合惯性区的-2/3次方规律，可以判断，在这一频率范围内的湍流基本上是各向同性的。
(3)甘肃省平凉地区黄土塬区归-化垂直风速方差较水平风速方差更满足相似理论，三维风速方差与稳定度的关系都满足1/3定律。归一化温度和湿度方差与稳定度的关系在不稳定条件下满足-1/3定律，近中性条件下比较离散，稳定条件下，归一化温度和湿度方差随稳定度增加而减小。
(4)总体来说，动量整体输送系数CD变化范围在10-3～10-1之间，热量整体输送系数CH在不稳定状态下变化范围在10-2～10-1之间，随着稳定度由不稳定层结向稳定层结过渡，CH值有逐渐减小的趋势，变化范围主要在10-3～10-2之间。
(5)黄土高原塬区地面长波辐射大于大气长波辐射，典型晴天、阴天和雨天情况下两者平均差值分别为65、25和8W.m-2；土壤湿度对黄土高原区的地表反射率有重要影响，观测期间糜子地和裸地的最大平均地表反射率均为0.22，最小值为0.08。但本文实测资料的分析结果显示大部分时间内糜子地反射率日平均值比裸地的大，特别是在8月中、上旬，基本上都是糜子地值比较大，另外糜子地反射率的变幅前期很大，后期比较平稳，而裸地反射率变化则一直比较剧烈，峰谷交替出现。经分析，原因可能是观测期间降雨天气较多，裸地的反射率较小；糜子地的植被覆盖度较大，使得土壤湿度对反射率的影响变小。对于地气能量交换各个分量而言，黄土高原塬上和塬下在相同下垫面下的差别不大，但裸地和有植被的下垫面差别很明显；在白天，潜热在净辐射中所占的比重较大，其次是感热，再次是土壤热通量。
(6)对能量平衡中的储存项如热通量板上层土壤的热存储和植被冠层存储进行了估算，结果表明，土壤的热储存项在-30至70 W·m-2之间，而植被的热储存项在-10至25 W· m-2之间。在考虑估算的存储项之后，能量平衡散点图斜率由0.68提高到0.79，相关系数R由0.90提高到0.93，两者分别提高了11.0％和3.0％，并对能量不平衡有明显的改进，说明能量储存项在地表能量闭合中必须考虑。
通过这段时间的学习和研究，作者加深了对黄土高原塬区高原边界层结构和近地层能量交换特征的理解。但还存在许多值得探索和深入研究的问题，如没有分析黄土高原塬区的大气边界层高度、湍流数据的最佳采样时段和频率以及缺少陆面过程数值模式的模拟等，这就需要在以后的工作中继续学习和研究。