青藏高原典型地区大气湍流垂直结构特征分析

作     者：张坤 巫阳 王菲菲 李学彬 崔生成 张梓晗 吴晓庆 翁宁泉 罗涛 黄印博 Zhang K;Wu Y;Wang F;Li X;Cui S;Zhang Z;Wu X;Weng N;Luo T;Huang Y

作者机构：中国科学技术大学环境科学与光电技术学院合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026 先进激光技术安徽省实验室合肥230037 

出 版 物：《中国科学：地球科学》 (Scientia Sinica(Terrae))

年 卷 期：2022年第52卷第8期

页      面：1641-1651页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：中国科学院战略性先导科技专项(A类)项目(编号:XDA17010104) 国家自然科学基金项目(批准号:4157685、91752103)资助 

主　　题：青藏高原 强湍流带 热力强迫 平流层-对流层交换 对流层顶 

摘      要：青藏高原复杂的地形和气候环境变化,构成了独特的大气动力和热力结构.文章利用2018和2020年夏季分别在靠近青藏高原中心的拉萨(91°06′E,29°36′N,3670m above sea level(ASL))和高原边缘地区的大柴旦(95°21′E,37°51′N,3180m ASL)获取的高垂直分辨率热力探空数据,并计算大气湍流参数,对比分析两地日暮时刻大气湍流垂直结构特征.受高原热力强迫的影响和夏季季风反气旋的稳定控制,拉萨地区大气折射率结构常数C_(n)^(2)在垂直高度上总体上表现为先增大后减小的趋势,在对流层顶(约18km ASL)附近达到最大值;而大柴旦地区C_(n)^(2)虽然在对流层顶附近也有增大的趋势,但是强湍流带(strong turbulent band,STB)位置(5~7km ASL)低于最小位温对流层顶高度.两站点C_(n)^(2)垂直分布尤其是STB的分布与大气稳定度Ri具有非常好的关联性,且大热力混合尺度区(LT)与STB的位置表现出很好的一致性.这三者显著的关联性,一方面说明因热力混合引起的温度强起伏变化是致使理查森数Ri小于0.25的主导因素,另一方面说明热源向上输送被抑制的强度是两站点大气湍流垂直结构及STB位置差异的主要原因.2018~2020年8月夜间(20时local time)平均经向-高度环流场结构和热力层结中,两站点热源输送至对流层的高度存在同样的差异.边缘地区低层物质和能量以湍流大气为载体沿山体斜坡向上,汇聚至热力强迫更强、影响范围更高的核心地区(28°N~35°N).拉萨站点STB中,湍流耗散率?和湍涡扩散系数K急剧增大,这表明该区域的湍流大气具有很强的扩散性,并以小尺度为主的湍流携带物质能量向上输送.