温江地区边界层观测综合分析研究

摘要

本论文使用中日JICA项目期间四川盆地温江站的边界层铁塔观测资料在综合分析该地区近地层湍流方差特征、湍流通量、辐射通量和地热通量日变化和季变化特征以及下垫面能量平衡关系的基础上对辐射通量和感热通量进行了计算方法的研究。
　　 首先利用近年发展的涡动相关技术结合温江站边界层铁塔观测资料综合分析了该地区近地层的湍流方差、能量平衡四分量以及下垫面的能量平衡特征。结果表明,无因次风速方差在稳定以及不稳定条件下都满足1／3次方定律,符合莫宁-奥布霍夫相似理论,在近中性条件下其相似性常数分别为2.34、2.30和1.26,验证了平坦下垫面的相似规律,温度和湿度方差在不稳定条件下满足-1／3次方定律,其相似性常数分别为1.92和1.53；温江站感热和潜热以及辐射通量都具有明显的日变化和季变化特征,潜热的日较差均大于感热通量,感热通量全年变化较小,表现为春季大而夏季平均强度最小的特征,潜热通量全年都大于感热通量而占主导地位,在夏季尤为明显；温江站春夏季地面的有效长波辐射略高于秋冬季,而净辐射季节差异较大,说明温江站净辐射通量的季节差异主要取决于短波辐射通量；地表热通量具有明显的日变化,土壤温度在表层变化剧烈,热流变化主要发生在表层,地表热通量全年变化不大且其各季对能量平衡的贡献值都较小,表现出秋冬季地表损失能量而春夏季获得能量的特征；温江站2008年5—11月下垫面各季的能量闭合率都约在70％到85％之间,说明温江站湍流资料质量是比较可靠的。
　　 本文接着进行了基于气压、水汽压、相对湿度、气温、地温和日照时数等常规观测资料的辐射通量的可行性研究,其中是使用温江站的辐射观测资料来验证此方法的计算精度。结果表明该计算方法的效果较好,可将其应用于辐射通量在气候和气候变化的研究中。本文对该方法的研究是初步的,其参数化方案还有待进一步改进。
　　 最后,以涡动相关法计算的感热通量为真值,本文比较和分析了三种方法之间的差别。结果表明,以计算误差为标准,经验公式法最大而梯度法和ANN相对较小；以算法复杂性为标准,经验公式法最简单而其他两种方法则比较复杂；以所需数据复杂性为标准,经验公式法和ANN所需数据复杂性较低而梯度法则要求较高。具体而言,经验公式法计算简单且只需要一层常规资料即可求解出通量,不足之处在于计算误差较大；梯度法计算精度较高,但是需要不同层的梯度数据,而气候站一般只有一层观测资料,因此梯度法依赖于边界层铁塔的梯度资料而不能直接使用更为广泛的气候资料来计算感热通量；ANN则是对边界层通量求解的一个新的尝试,在训练好的网络的基础上使用一层常规观测资料就可以计算出感热通量。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 陆面过程实验进展及其深入认识大气边界层地气相互作用

1.2.2 湍流理论的发展以及在湍流通量计算方法中的应用

1.2.3 涡动相关技术发展及其通量测定处理过程

1.2.4 能量平衡闭合程度的分析

1.3 本论文研究内容

1.4 本论文的创新点

第二章 边界层铁塔观测资料处理和质量控制

2.1 观测场地

2.2 观测仪器

2.3 涡动相关仪的测定原理

2.4 资料处理及质量控制

第三章 近地层的通量特征

3.1 近地层湍流分析

3.1.1 近地层湍流方差

3.1.2 近地层湍流通量

3.2 近地层辐射通量

3.2.1 日变化特征

3.2.2 季变化特征

3.3 近地层地表热通量

3.3.1 日变化特征

3.3.2 季变化特征

3.4 近地层能量平衡

3.4.1 能量平衡分析

3.4.2 月和季变化特征

3.5 小结

第四章 辐射通量计算方法在温江站的验证

4.1 模型构建

4.1.1 太阳短波辐射

4.1.2 地面反射的太阳短波辐射

4.1.3 大气向下长波辐射

4.1.4 地表向上长波辐射

4.1.5 净辐射

4.2 应用检验

4.3 小结

第五章 感热通量计算方法的对比

5.1 经验公式法

5.1.1 研究进展

5.1.2 基本原理

5.2 梯度法

5.2.1 基本原理

5.2.2 结果分析

5.3 人工神经网络方法

5.3.1 研究进展

5.3.2 基本原理

5.4 三种方法的对比分析

5.4.1 个例分析

5.4.2 结论与讨论

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

个人简介

致谢