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基于LAS观测的城镇感热通量时空特征及影响因素

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大气科学学报 2023年第4期46卷 630-640页

作者：刘寿东王璐瑶胡凝王咏薇王亮赵翔南京信息工程大学气候与环境变化国际合作联合实验室大气环境中心江苏南京210044 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害教育部重点实验室江苏南京210044

利用2018年4月—2019年4月南京盘城大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)观测数据,分析了城镇感热通量的时空变化特征及影响因素。结果表明:1)南京城镇感热通量呈单峰型日变化特征,白天明显大于夜间,且白天晴天明显大于阴天... 详细信息

利用2018年4月—2019年4月南京盘城大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)观测数据,分析了城镇感热通量的时空变化特征及影响因素。结果表明:1)南京城镇感热通量呈单峰型日变化特征,白天明显大于夜间,且白天晴天明显大于阴天,夜间晴天略小于阴天,晴、阴天小时感热通量年平均分别在2.25~200.53 W·m^(-2)、13.10~132.52 W·m^(-2)波动。2)城镇感热通量夏季明显大于冬季,8月昼、夜分别为112.19、23.54 W·m^(-2),2月昼、夜分别为35.57、11.57 W·m^(-2)。3)晴天白天条件下,不同风向(通量贡献源区)城镇感热通量存在显著差异,即随着不透水层占比的增加,净辐射分配到感热通量的比例明显提高,当占比大于60%时提高趋势不明显。4)以莫宁-奥布霍夫长度判断大气稳定度为标准,C^(2)_(n)法在计算感热通量的5种大气稳定度判断方法中的误判率较低且数据源于LAS,是比较适宜城镇夜间大气稳定度的判断方法。5)在影响城镇感热通量的地表参数中,有效高度变化的影响最大,风速变化的影响较大特别在秋冬季节更为明显,波文比变化对城镇感热通量的影响较小,温度、地表粗糙度和零平面位移变化的影响可忽略不计。

关键词：城镇 LAS 感热通量时空特征环境因子地表参数

1984-2020年青藏高原感热通量长期变化趋势分析

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高原气象 2023年第4期42卷 833-847页

作者：雷润芝余晔周国兵李江林刘燕飞中国科学院西北生态环境资源研究院高原大气物理研究室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 重庆市气象台重庆401147 中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站甘肃平凉744015 甘肃省陆面过程与灾害天气野外科学观测研究站甘肃平凉744015

感热通量作为表征青藏高原热力作用的主要物理量之一,受地表温度、气温、热交换系数以及风速影响,但在不同热交换系数计算方法下,得到的青藏高原感热通量值的大小存在一定差异,针对该现象,本文使用青藏高原89个站点常规气象观测资料计... 详细信息

感热通量作为表征青藏高原热力作用的主要物理量之一,受地表温度、气温、热交换系数以及风速影响,但在不同热交换系数计算方法下,得到的青藏高原感热通量值的大小存在一定差异,针对该现象,本文使用青藏高原89个站点常规气象观测资料计算分析了近40年高原感热通量变化特征。利用5个通量站感热通量观测资料对不同热交换系数算法得到的感热通量进行验证表明,用陈万隆和翁笃鸣(1984)(CH-CW)方案计算的感热通量与通量观测结果的偏差最小。利用该方法计算了青藏高原感热通量长期变化趋势,并用PLFIM分段线性拟合模型对感热通量的长期变化特征及其成因进行了分析。结果表明:青藏高原年均感热通量在1999年和2009年发生转折,1984-1999年感热通量逐年减弱,1999-2009年感热通量逐年显著增强,2009-2020年感热通量为弱的下降趋势。夏季感热通量转折年份分别为2000年和2010年,其他季节感热通量转折年份与年均感热通量转折年份相同。春季、夏季和秋季不同时期感热通量的变化趋势与年变化趋势一致,都表现为“减弱-增强-减弱”特征,冬季感热通量在2009-2020年仍为增强,但与1999-2009年相比,增强趋势有所减弱。归因分析结果表明,1984-1999年,年均感热通量的减弱主要归因于风速的减小;1999-2009年年均感热通量的增加主要以地表温度显著增加造成的地气温差增加的正贡献为主,风速的弱上升贡献次之;2009-2020年风速显著增加导致热交换系数减小,气温增温率大于地表温度增温率,导致地气温差减小,该时期年均感热通量的减弱主要以地气温差的负贡献为主,热交换系数变化的负贡献次之。

关键词：青藏高原感热通量趋势转折归因分析

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湿空气对开放块石层湿热特性影响的试验研究

冰川冻土 2024年第1期46卷 260-271页

作者：侯彦东梁澍豪雷文远周凤玺唐东昌兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 中国储备粮管理集团有限公司兰州分公司甘肃兰州730050

青藏高原暖湿化趋势日益加剧,空气中的水汽质量分数随季节变化差异较大致使空气物性参数、焓值等产生变化,可能会间接影响块石路基的换热过程。本文基于模型试验及空气热力学理论,对等压条件下干、湿空气中块石层内湿热特性进行了分析... 详细信息

青藏高原暖湿化趋势日益加剧,空气中的水汽质量分数随季节变化差异较大致使空气物性参数、焓值等产生变化,可能会间接影响块石路基的换热过程。本文基于模型试验及空气热力学理论,对等压条件下干、湿空气中块石层内湿热特性进行了分析。结果表明:在等压条件下干、湿空气温差与水汽质量分数呈正相关关系,且水汽质量分数变化速率低于温差变化速率8%。基于地表能量平衡方法计算了考虑水汽影响的块石表层感热通量,发现两种空气条件下的感热通量差值与水汽质量分数也呈正相关关系,此时水汽质量分数变化速率高于感热通量差值变化速率9.8%。日出后干、湿空气与深层块石的对流换热差值主要受空气相对湿度控制,日落后由于干、湿空气温差较大则受空气温差影响。水汽质量分数较低时,干、湿空气焓值差变化速率高于水汽质量分数变化率约87%,焓值差变化率高于水汽质量分数变化率约21%,该现象随着水汽质量分数下降而愈加明显。研究结果对于评价和预测湿空气条件下块石结构路基的长期热稳定性具有重要工程意义。

关键词：块石路基湿热特性模型试验焓值感热通量

数值天气预报模式的行星边界层方案热力预报变量选择

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南京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 276-286页

作者：赵怡雪周博闻中尺度灾害性天气教育部重点实验室南京大学大气科学学院南京210023

在数值天气预报模式中,大气边界层湍流混合由行星边界层方案承担.传统的边界层方案多采用位温作为热力学预报变量,计算感热通量并获得位温的湍流倾向,多数边界层方案设计之初,也往往只考虑干边界层中的位温湍流混合.事实上,驱动边界层... 详细信息

在数值天气预报模式中,大气边界层湍流混合由行星边界层方案承担.传统的边界层方案多采用位温作为热力学预报变量,计算感热通量并获得位温的湍流倾向,多数边界层方案设计之初,也往往只考虑干边界层中的位温湍流混合.事实上,驱动边界层热对流的是浮力而非热力,前者还包含了水汽的作用,由虚位温表征.基于湍流可分辨的大涡模拟来评估传统边界层方案所参数化的感热通量在湿边界层中的适用性,重点关注方案中涉及逆梯度修正项的关键系数,同时也考察浮力通量的参数化评估结果显示浮力通量在干湿边界层中具备一致性,其模式系数不随水汽条件变化,因此,推荐以虚位温替代位温作为行星边界层方案热力预报变量.

关键词：行星边界层方案对流边界层虚位温浮力通量感热通量

GAME/Tibet实验中感热通量计算方法的讨论(英文)

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Advances in Atmospheric Sciences 2003年第3期20卷 357-368页

作者：高志球卞林根王金星陆龙骅 Chinese Academy of Meteorological Sciences School of Physics Peking University

回顾了前人对感热通量的分析研究,详细分析了计算感热通量公式的推导过程。结合GAME/Tibet那曲近地面通量观测站1998年6月6日到9月13日的观测资料验证了近地面层逆梯度热输送现象的存在;并比较了两种不同计算感热通量的方法。同时,对简... 详细信息

回顾了前人对感热通量的分析研究,详细分析了计算感热通量公式的推导过程。结合GAME/Tibet那曲近地面通量观测站1998年6月6日到9月13日的观测资料验证了近地面层逆梯度热输送现象的存在;并比较了两种不同计算感热通量的方法。同时,对简化生物圈模式(SiB2)计算感热通量方案进行了分析。主要结论有:(1)由于用涡旋相关法测量得到的总体感热通量本身已经包含了非局地热(冷)泡运动的影响,所以在非均匀下垫面上,传统的闭合方案必然会“遭遇”能量不平衡。这里,非均匀下垫面可能是导致能量不平衡的关键所在。(2)在今后的有关热通量研究中,有必要仔细研究非局地热(冷)泡运动对热通量的贡献,而为了更好地理解这种贡献,应用陆面过程模式研究能量平衡是必需的。

关键词： GAME/Tibet实验感热通量计算方法逆梯度热输送现象简化生物圈模式 SiB2 能量不平衡热传导大气动力学

夏玉米不同生育期附加阻尼的变化特征及参数化方案

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灌溉排水学报 2024年

作者：王凤静王净魏征蔡甲冰张宝忠韩聪颖 1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室 2.国家节水灌溉北京工程技术研究中心 3.内蒙古河套灌区水利发展中心中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室国家节水灌溉北京工程技术研究中心内蒙古河套灌区水利发展中心

【目的】目前关于附加阻尼(kB-1)的研究中，任何一种参数化方案都不适用于所有植被结构类型的下垫面，因此对于生长过程中结构差异显著的植被需要分阶段研究。本文旨在分析夏玉米4个生育期kB-1的日变化和月变化规律，探究各个生育期kB-... 详细信息

【目的】目前关于附加阻尼(kB-1)的研究中，任何一种参数化方案都不适用于所有植被结构类型的下垫面，因此对于生长过程中结构差异显著的植被需要分阶段研究。本文旨在分析夏玉米4个生育期kB-1的日变化和月变化规律，探究各个生育期kB-1最佳参数化方案。【方法】基于2012年6月—9月US-Tw2站点的通量、气象数据以及MODIS数据，利用莫宁奥布霍夫相似理论推算kB-1，并将9种参数化方案在苗期、拔节期、穗期、成熟期估算的kB-1和感热通量与观测值进行对比。【结果】4个生育期中的kB-1均呈现早晚小、中午大的日变化规律，且其月均值也随着粗糙度的增大呈现递增趋势。对比9种参数化方案得出，苗期最接近kB-1观测值的方案为K07，拔节期、穗期和成熟期为K89，均方根误差（RMSE）分别为1.34、2.41、2.79、1.55；苗期、拔节期、穗期、成熟期最接近感热通量观测值的方案分别为K07、S58、S01、K89，均方根误差（RMSE）分别为33.39、46.98、65.97、36.46W/m2。【结论】生育前期粗糙度雷诺数(Re*)的参数化方案更接近观测值，而在生育后期考虑植被结构、地气温差(Ts-Ta)的参数化方案更为准确。苗期、拔节期、穗期、成熟期估算感热通量的最佳参数化方案分别为K07、S58、S01、K89。

关键词： kB 参数化方案感热通量生育期玉米

南京地区大口径闪烁仪与涡动相关仪感热通量观测对比

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同方期刊数据库

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生态学杂志 2020年第1期39卷 315-325页

作者：王亮胡凝王咏薇王璐瑶赵翔刘寿东南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学大气环境中心南京210044

湍流是地表与大气间物质与能量交换的主要形式,因而准确观测湍流通量历来是城市边界层研究的重要问题。本研究基于架设在南京信息工程大学内的大口径闪烁仪(large aperture scintillometer,LAS)和涡动相关仪(eddy covariance,EC)的同步... 详细信息

湍流是地表与大气间物质与能量交换的主要形式,因而准确观测湍流通量历来是城市边界层研究的重要问题。本研究基于架设在南京信息工程大学内的大口径闪烁仪(large aperture scintillometer,LAS)和涡动相关仪(eddy covariance,EC)的同步观测,对比了LAS测得的感热通量和EC测得的感热通量的差异,结合归一化植被指数(NDVI)和归一化建筑指数(NDBI),分析了下垫面不均匀性对于两种仪器测得感热通量的影响。结果表明:城市地区LAS与EC具有较好的相关性(R2=0.76),拟合线斜率为0.95;白天,LAS的感热通量大于EC的感热通量,二者差值为18.8~39.4 W·m^-2;夜间,二者均在零值附近波动,差值为4.8~28.7 W·m^-2;月尺度上两种仪器的差值8月最大,其次为7月、4月,6月最小;差异产生的主要原因是风向造成的通量源区不同;通量源区内的NDVI值越大,感热通量与净辐射之比越小,二者呈显著负相关(k=-0.34,P感热通量与净辐射之比越大,二者呈显著正相关(k=1.15,P<0.05)。

关键词：大口径闪烁仪涡动相关感热通量不均匀下垫面通量源区

中国北方一次沙尘天气环流特征及其强度与感热通量的关系

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农业灾害研究 2023年第3期13卷 77-79页

作者：邢彬阿拉善盟气象局内蒙古阿拉善盟750306

利用2020年5月2—3日地面常规观测资料,采用天气学分析法和分类统计学,研究中国北方大范围沙尘天气环流特征及其强度与感热通量的关系。研究结果表明:高空槽加强为冷涡,冷空气沿偏西气流南下,有强冷平流。地面沙尘区域内形成北有冷高压... 详细信息

利用2020年5月2—3日地面常规观测资料,采用天气学分析法和分类统计学,研究中国北方大范围沙尘天气环流特征及其强度与感热通量的关系。研究结果表明:高空槽加强为冷涡,冷空气沿偏西气流南下,有强冷平流。地面沙尘区域内形成北有冷高压、南有低压倒槽对峙的形式。等压线密集区的气压梯度力大,形成偏东大风,产生沙尘天气。在蒙古冷高压底部形成准静止锋,使得天气系统移动缓慢,沙尘天气持续时间较长;沙尘天气发生期间,总体上平均感热通量大于0,地表放热,空气吸热。从感热通量绝对值的平均值看,强沙尘暴是沙尘暴的2~3倍,扬沙、浮尘是沙尘暴的2~4倍。在夜间,由于沙尘的保温作用,使得地表温度大于地面2 m温度,感热通量为正值,沙尘保温作用对沙尘天气发展起正反馈作用。

关键词：沙尘环流特征强度感热通量

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华南地气感热通量交换系数的估算

中山大学学报（自然科学版） 2013年第3期52卷 139-142页

作者：彭玉麟何春燕简茂球中山大学环境科学与工程学院大气科学系/季风与环境研究中心广东广州510275 东莞市气象局广东东莞523086

利用2009年东莞市气象台涡动能量平衡观测系统的观测数据和常规观测数据,利用一元线性回归的方法对感热交换系数进行估算。结果表明,感热交换系数具有明显的季节变化,春季的感热通量交换系数相对较大,而夏、秋两季的感热交换系数则相对... 详细信息

利用2009年东莞市气象台涡动能量平衡观测系统的观测数据和常规观测数据,利用一元线性回归的方法对感热交换系数进行估算。结果表明,感热交换系数具有明显的季节变化,春季的感热通量交换系数相对较大,而夏、秋两季的感热交换系数则相对较小。近地面风速越大,感热交换系数越小。华南地区感热交换系数一般在(3.26±1.55)×10-3的范围。

关键词：感热通量感热交换系数华南