黑河下游鼎新戈壁下垫面近地层能量输送及微气象特征研究

摘要

本文利用在甘肃酒泉金塔地区进行的“绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究”野外试验获得的鼎新戈壁下垫面近地层微气象梯度观测资料、辐射观测资料和湍流观测资料，首先确定了鼎新戈壁下垫面地表空气动力学粗糙度、地表反射率以及动量和热量总体输送系数等几种重要的地表参数并与其它下垫面地表参数进行了比较分析；接着对风速、风向、空气温度和湿度等小气候特征的季节变化规律进行了研究；最后不仅分析了典型天气条件下的地表辐射收支和能量传输特征，还将地表辐射收支和能量传输特征的季节变化和年变化规律与典型绿洲和沙漠地区做了比较研究，通过分析得到如下几点结论：
　　 (1)鼎新戈壁下垫面在中性条件下，空气动力学粗糙度为1.44×10-3m；动量和热量总体输送系数分别为：CDN=2.1×10-3和CHN=1.8×10-3；5月份地表反射率为0.217，反射率日分布大致都成“U”型；风速白天大于夜间，四季变化不大，垂直风速梯度夜间大于白天；由整年8 m高度处风向分析表明，没有明显的地方性风，局地环流和局地相互作用可忽略；白天温度随高度降低，夜间整层大气处于逆温状态；比湿夜间大于白天，全年以4m高度处比湿最大，春、夏、秋季下层均可见逆湿；冬季比湿剖面从8m向上比湿梯度垂直减小，其他季节湿度的垂直梯度变化不大，接近等比湿分布。
　　 (2)戈壁地区辐射收支的季节差别非常明显，季节平均日总量由大到小依次为夏季、春季、秋季和冬季，冬季总辐射日总量不到夏季的一半，净辐射只有夏季的1/4多些；总辐射年总量达到6500 MJ．m-2以上，在6月最大、12月最小；在4月份沙尘天气对戈壁地区总辐射有一定的影响；地表反射率整体表现为夏季小、冬季大，年平均值为0.241，比HEIFE实验区中绿洲的大，而小于沙漠地区；地面有效辐射夏季最大，冬季最小；有效辐射与吸收辐射之比夏季最小、冬季最大，年平均为0.56，比沙漠的稍小而远大于绿洲地区；地表净辐射年总量达到2360MJ·m-2，大于沙漠地区，比绿洲地区小很多。
　　 (3)地表能量平衡各分量均具有明显的日变化和季节变化规律，7月典型晴天天气下，能量平衡各量表现出标准的日循环形态，白天感热通量峰值达到574W·m-2，地热流量峰值达到101W·m-2，潜热很小；然而在降水天气下地气之间能量传输以潜热蒸发为主，感热很小，地热流量为负值；在夜间和正午时刻存在负水汽输送现象；在清晨和下午有自地表向大气的水汽蒸发过程；晴天地表最高温度达到51℃，无论晴天和阴天，地表和浅层(5cm和10cm)土壤温度均表现为准正弦曲线变化；与敦煌戈壁相同，土壤温度的活动层基本在10cm范围以内，40cm以下地温已不存在日变化特征；降水天气下，地表和浅层土壤温度有随时间减小的趋势；感热通量季节平均的峰值在250～400W·m-2之间，地热流量季节平均峰值在100W·m-2以下，它们均在在夏季最大，冬季最小；潜热通量全年都比较小，季节平均的最大值只有15W·m-2，地气之间的能量传输主要通过感热输送来完成；云和降水对能量平衡的影响程度达到25％左右，比极端干旱的敦煌荒漠戈壁地区要稍大，而小于半干旱的陇中黄土高原地区；另外，在这一地区干旱情况很严重，夏季的Bowen比极值达到62.4，季节平均值也高达16.5。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第一章绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1关于微气象特征的研究

1.2.2关于地表辐射收支和能量平衡特征研究

1.3鼎新站及观测资料介绍

1.3.1风、温、湿梯度观测

1.3.2加强期超声观测

1.3.3辐射通量观测

1.4本文主要内容及所用资料

参考文献

第二章鼎新戈壁下垫面近地层微气象特征

2.1引言

2.2鼎新戈壁下垫面地表参数的确定

2.2.1地表空气动力学粗糙度

2.2.2地表反射率

2.2.3动量和热量总体输送系数

2.3鼎新戈壁下垫面小气候特征

2.3.1风、温、湿度场廓线特征

2.3.2风、温、湿度场时间剖面特征

2.4本章小结

参考文献

第三章鼎新戈壁下垫面辐射平衡特征

3.1引言

3.2典型天气下辐射平衡日变化特征

3.3地表辐射各分量季节变化特征

3.4不同下垫面辐射各分量对比分析

3.4.1太阳总辐射

3.4.2地表反射率

3.4.4地面有效辐射

3.4.4地表净辐射

3.5本章小结

参考文献

第四章鼎新戈壁下垫面地表能量输送特征

4.1引言

4.2计算方法介绍

4.3结果分析

4.3.1典型天气下地表能量输送日变化特征

4.3.2地表能量输送的季节变化特征

4.4本章小结

参考文献

第五章总结与讨论

5.1主要结论

5.2问题与展望

附录