藏南羊卓雍错近地层大气湍流特征观测分析

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青藏高原高寒湖泊湍流特征研究是微气象学研究的关键基础科学问题。高寒湖泊是青藏高原地表系统的重要组成和气候变化的敏感指示器,观测和分析高寒湖泊近地层大气湍流特征,对认识高原特殊边界层结构、完善湖泊气候模型参数化方案以及研究下垫面对气候变化响应与反馈机制有重要意义。本论文以高原南部最大的内陆湖泊羊卓雍错为研究对象,利用2016和2017年4-10月涡动相关定点观测资料,分析了湖区近地层大气湍流特征。论文主要结论为:  (1)近地层大气湍流统计特征。流域近地层大气多处于不稳定层结状态,观测点陆湖风特征明显。水平方向平均湍流强度大于垂直方向,三维湍流强度与平均风速的变化呈显著负相关(R=-0.34、-0.33和-0.28)。湍流动能随风速增大而增大,5ms-1后其增长迅速;近中性层结时湍流动能最大,层结越稳定或不稳定时均减弱。Monin-Obukhov相似规律的验证表明,不稳定层结下,风速分量、超声虚温、水汽密度和CO2密度的无量纲化标准差随稳定度的变化很好地服从“1/3”和“-1/3”次幂律,垂直风速的拟合优度最高;稳定层结下,除水汽密度的无量纲化标准差与稳定度无明显关系,其他物理量均满足相似性规律;中性条件下,上述物理量的无量纲化标准差分别趋近常数:3.45、3.47、0.93、27.82、5.60和13.10。  (2)陆地和湖泊湍流通量变化特征。陆地动量和潜热通量小于湖泊平均值(0.046<0.060kg m-1s-2,53.8<77.8Wm-2)、感热通量大于湖泊平均值(17.4>14.8W m-2),CO2通量平均向下输送(陆地:-0.31μmol s-1m-2,湖泊:-0.34μmol s-1m-2)。陆地各通量在中午前后输送强,表明其日变化受太阳辐射影响较大。湖泊动量通量从下午至傍晚较强,感热和潜热通量日峰值分别出现在5:30(22.4Wm-2)和16:00(106.6Wm-2),CO2通量日变化不明显。陆地和湖泊通量的月变化差异主要体现在热通量:4-10月陆地感热和潜热通量先升后降,分别于6月上旬、7月下旬达最高,湖泊感热和潜热通量分别自4月和5月起持续增强。陆地和湖泊湍流通量的显著差异,揭示了湖岸涡动观测分析中,进行合理通量源区分区的必要性。  (3)降水过程湖泊近地层湍流变化特征。降水期间风向呈跳跃式突变,水平和垂直风速在降水前夕明显增大,垂直风频繁上下振荡,是激发湍流活动的重要原因。降水期间大气层结多为弱不稳定(近中性层结),利于激发辐合增长、维持强降水;湍流强度和湍流动能在降水前显著增强,为降水提供必要的动力条件;湍流通量有异常偏大现象。  因缺乏多层水温测量,论文仅分析了湖面感热、潜热通量及辐射通量的变化特征,未对湖泊能量平衡闭合等问题进行深入讨论;补充和完善实验点观测项,是更好开展羊卓雍错湖泊水热循环研究的关键。对于湍流通量的主控因素分析,文中初步计算了陆地和湖泊通量与主要环境变量的相关性,需进一步结合数值模式从不同时间尺度深入探讨。
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