春夏过渡期青藏高原东缘非绝热加热变化特征及其影响研究

摘要

云南大理地处青藏高原东南侧横断山南段的非绝热加热敏感区和季风水汽输送通道的关键区，高原及周边地区对大气的各种热力和动力效应是通过边界层影响到自由大气的，因而对于高原及周边地区，特别是非绝热加热敏感区的大气边界层及近地层微气象特征的观测分析研究显得十分重要。本文利用JICA项目“中日气象灾害合作研究中心”在云南大理国家气候观象台建立的边界层综合观测系统，针对高原东南侧非绝热加热敏感区的春夏过渡季节，在探讨了涡动相关法湍流观测资料控制及处理订正方法的基础上，分析了大理湍流观测系统的能量平衡程度，应用涡动相关法观测计算结果以及土壤、梯度观测资料等，对春夏过渡季节大理雨季开始前后的近地面层微气象学特征、近地面层辐射分量变化特征、土壤参数变化特征以及近地面层的感热通量、潜热通量和动量通量变化特征进行了分析；比较分析了大理感热通量、潜热通量变化特点及其与高原核心区的昌都、北方草原为特征的锡林浩特以及江淮稻田为主的寿县的差异；利用观测结果，比较分析了大理测站非绝热加热与NCEP\NCAR再分析资料的差异；利用模式模拟工具，分析研究了区域非绝热加热异常变化的可能原因，在此基础上，对比分析了该敏感区地气通量交换异常对中国南方春季降雨气候的可能影响。论文研究主要得出了以下几点结论：
　　 (1)对比通量计算的三种方法，大理资料处理的结果表明，Bowen比法和涡动相关法的结果较为一致，廓线法结果与涡动法结果有一定差距，但二者的差别在干季要小很多。能量平衡程度分析结果表明，大理通量观测资料的闭合程度在合理范围内。
　　 (2)雨季开始前大理近地面层风速较大，5月至6月逐渐减小。大理温度日较差从雨季开始前的4月到雨季中的6月逐渐减小，4月最大而6月最小；各层之间温度梯度也以4月最大而6月较小。夜间逆温明显，4月最大，达-3℃以下，5月到6月，夜间逆温强度逐渐减小。水汽压在大理雨季开始前后的4、5、6三个月逐月增加。太阳入射辐射4月份平均的日峰值最大，5月份入射辐射日峰值最低，6月略有回升。大气逆辐射在4-6月间其月平均的日峰值逐月增加，各月平均的日最低值变化也是如此。反射辐射4月份月平均的日峰值较小，5月的日峰值最小，6月份平均的反射辐射日峰值在三个月中最大。地面辐射在5月上旬的日峰值最大。净辐射在雨季开始期间的连续阴雨天气期间其平均的日峰值最小。雨季开始前5月上旬表层地温高，雨季开始期间表层地温较雨季开始前下降，雨季开始后表层地温有所回升。深层地温基本不受降雨天气影响，随季节变化特征明显。土壤含水量在雨季开始前随深度增加而增加，雨季开始后浅层土壤含水量急剧增加并超过较深层次。
　　 (3)雨季开始前后大理地气热量交换以潜热为主，雨季开始前一旬潜热通量随时间逐渐减少，感热通量逐渐增大，二者差值减小；雨季开始后潜热通量逐渐增大而感热通量减少，差值增大。
　　 (4)大理测站的观测通量值与NCEP再分析资料的通量模拟值存在明显差异，春夏过渡季节这种差异主要表现在4月，再分析资料的感热通量较观测值存在显著的高估，而潜热通量的再分析值较观测值存在明显低估。WRF模式的模拟结果与此类似。
　　 (5)横断山区植被变化的敏感性试验结果表明，潜热通量、感热通量对植被变化较敏感，植被变化是非绝热加热变化的一个重要因子。
　　 (6)植被变化后的敏感性试验结果表明，横断山区下垫面植被变化可导致区域及其东面下游地区环流场、水汽场、垂直速度场的变化，通过改变植被类型从而对通量进行部分修正后的模拟试验在春季中国南方的降雨量模拟效果上得到了一定程度的改进。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 青藏高原东缘非绝热加热状况及其与周边天气气候关系

1.2 湍流通量观测技术的发展

1.3 云南大理大气边界层观测试验及JICA项目“中日气象灾害合作研究中心”

1.3.1 项目实施背景

1.3.2 项目整体概念

1.3.3 “中日气象灾害合作研究中心(JICA项目)”框架下云南实施状况

本文主要研究内容

第二章 观测场地、仪器及资料处理

2.1 观测场简介

2.1.1 观测场地

2.1.2 观测项目及仪器

2.2 涡动相关法测量的基本原理及订正

2.3 观测资料的整理

2.3.1 观测资料概况

2.3.2 野点剔除及坐标旋转订正

2.4 Wpl订正

2.5 BOWEB比法、廓线法（梯度法）与涡动相关法计算结果比较

2.6 地表能量平衡分析

2.6.1 原理与方法

2.6.2 大理观象台通量观测能量平衡闭合程度

2.7 2008年观测期间的基本气象要素变化特征

2.7.1 气温、降水、水汽和风向变化

2.7.2 环流背景

2.7.3 感热通量和潜热通量的月际变化

本章小结

第三章 近地面层微气象学特征

3.1 近地面层气象要素特征

3.1.1 近地面层风速、风向

3.1.2 近地面层温度

3.1.3 近地面层湿度

3.2 近地面层风速、温度、湿度廓线

3.2.1 近地面层风速廓线

3.2.2 近地面层温度廓线

3.2.3 近地面层湿度廓线

本章小结

第四章 辐射分量及土壤参数特征

4.1 近地面层辐射分量变化特征

4.1.1 辐射分量的日变化

4.1.2 辐射分量月平均的日变化

4.2 地表反照率变化特征

4.2.1 地表反照率月平均变化

4.2.2 地表反照率月平均的日变化

4.3 土壤温度、湿度及熟通量变化特征

4.3.1 土壤温度变化

4.3.2 土壤湿度变化

4.3.3 土壤热通量变化

本章小结

第五章 近地面层感热通量、潜热通量特征

5.1 湍流通量的日变化

5.2 湍流通量月平均的日变化

5.3 不同地区感热通量、潜热通量变化特点

本章小结

第六章 观测与再分析资料的比较及模式敏感性试验

6.1 观测通量与NCEP再分析资料比较

6.2 观测通量与WRF模式模拟结果比较

6.3 植被改变对周边区域天气气候影响的敏感性试验．

6.3.1 对风场的影响

6.3.2 对水汽场的影响

6.3.3 对经向剖面垂直速度的影响

6.3.4 对区域降雨量预报场的的影响

本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

作者简介

鸣谢