蒸发皿蒸发及能量变化过程的微气象观测研究

蒸发皿作为测量大气蒸发需求的仪器,在水文和气象台站广泛使用。为了深入认识蒸发皿蒸发量的物理意义,在中国西北干旱区设置了"内蒙古蒸发皿蒸发试验(IMPEEX)"。利用近地层微气象观测方法,基于能量平衡原理,对Class A、20 cm和E601B三种不同型号的蒸发皿蒸发过程进行精细观测,观测结果显示:三种蒸发皿蒸发量日变化之间存在显著差异,而这种差异主要是由蒸发皿水体与周围环境构成的非均匀性强度所控制;蒸发皿中水体越深,水温层结越显著;E601B蒸发皿水体与土壤之间的热通量约在±10 W·m-2之间波动,但日总通量几乎为0;典型晴天Class A蒸发皿水面反照率呈"U"型日变化,日平均值为0.087。蒸发皿水体能量平衡分析显示,太阳辐射和水体储热率是决定蒸发皿蒸发强度的主要能量分量,而水面感热、侧壁和底部热传导对蒸发皿蒸发量的贡献较小。

干旱区气象因子对蒸发皿蒸发量的影响

根据20 cm蒸发皿的几何尺寸和架设特征,对Penman蒸发公式中的辐射项Rn和储热项S进行修改,建立了20 cm蒸发皿蒸发模型。利用古浪非均匀近地层观测试验(GHUSLE)中连续14天观测的20 cm蒸发皿逐时蒸发数据对该模型进行验证。结果表明,该模型能够成功地模拟蒸发皿蒸发的日变化过程,模拟的日蒸发量均方根误差和平均相对误差分别为0.72 mm·d-1和6.7%。20 cm蒸发皿蒸发过程中太阳辐射项的贡献约占蒸发皿总体蒸发的1/3,空气动力项的贡献约占2/3。常规气象因子影响蒸发皿蒸发的敏感性试验表明,风速、空气湿度、太阳辐射和气温对蒸发皿蒸发的影响强度依次递减,其蒸发量随这4种气象因子的变化率分别为0.602,-0.590,0.528和0.370。

植被根系对青藏高原中部土壤水热过程影响的模拟

针对青藏高原中部高寒草甸表层植被根系密集、土壤有机质含量较高的特征,利用陆面模式Noah-M P对1998年5 9月安多站水热过程进行模拟,初步评估了对土壤温度影响较大的物理过程,对比分析了土壤垂直分层、有机质和根系对土壤水热、地表能量模拟的影响。结果表明:Noah-MP模式中地表热交换、辐射传输等6个物理过程对土壤温度的影响较大;考虑垂直分层和有机质影响后,模式对土壤含水量的模拟有所改善,但浅层仍存在较大干偏差;加入根系的影响后,浅层土壤含水量的平均偏差显著减小,由原来的-0.094 m3·m-3减少到-0.016 m3·m-3,浅层土壤温度在模拟后期偏冷,但在深层有一定改善;同时地表感热通量和潜热通量也有明显改善,平均偏差分别由原来的24.3W·m-2、-22.5 W·m-2减小到5.9 W·m-2、1.2 W·m-2。

巴丹吉林沙漠夏季近地层微气象特征分析

利用2009年夏季巴丹吉林沙漠陆气相互作用观测试验资料,分析了该地区的近地层微气象特征。结果表明:(1)夏季晴天条件下,沙漠区日平均波文比远大于沙湖区,沙湖区白天潜热较大,动量通量主要受风速切变控制,而沙漠区动量通量可能受到热力稳定度的控制;(2)在不稳定条件下沙漠区湍流强度均随风速增加而明显减小,当风速固定时,沙漠区湍流强度随着大气不稳定度的增加而增大,沙湖区湍流强度变化类似但不明显;(3)沙漠地表能量不平衡现象较为突出,加入浅层土壤热储存后,上午时段能量闭合率显著提高,沙漠土壤热储存在能量平衡中扮演着重要角色;(4)在沙湖区,白天气流辐散下沉、夜间辐合上升,形成典型的次级环流。

青藏高原极端气温的动力降尺度模拟

利用ERA-Interim再分析资料作为边界条件,基于耦合陆面模式Noah-MP的区域气候模式WRF在东亚区域进行了动力降尺度模拟(简称WRF2),对比格点观测资料,评估了动力降尺度对青藏高原极端气温指数的模拟能力,在此控制试验基础上,分别将WRF的陆面模式替换为Noah LSM,边界条件替换为CCSM4,进行了两组敏感性试验(分别是WRF1和WRF3),通过与控制试验的比较,分析了边界条件和陆面模式对极端气温指数模拟的影响。结果表明,WRF2能较好地模拟青藏高原极端气温指数气候态的空间分布,但存在一定的冷偏差;受边界条件影响WRF3模拟的极端气温指数的气候倾向率存在负偏差。同时,尽管采用不同的边界条件,耦合相同陆面过程的两次数值试验对极端气温空间分布的模拟能力相似,相比WRF2,WRF1表现出更强的冷偏差;但边界条件对极端气温指数气候倾向率的影响大于陆面模式,WRF3模拟的极端气温指数气候倾向率与观测结果更为接近。