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陇东黄土高原下垫面不均匀性指标的建立及其对大孔径闪烁仪(LAS)观测感热通量的影响

地球物理学报 2016年第3期59卷 816-827页

作者：郝小翠张强杨泽粟西北区域气候中心兰州730020 中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室兰州730020 兰州大学大气科学学院兰州730000

目前定量研究下垫面不均匀性对大孔径闪烁仪(LAS)、涡动相关仪(ECS)观测感热通量差异的影响还比较少.本文利用黄土高原庆阳观测站2012年6、7月典型晴天两主风向范围E-SE和SW-W的陆面过程数据,在建立了下垫面不均匀性定量化指标的基础上... 详细信息

目前定量研究下垫面不均匀性对大孔径闪烁仪(LAS)、涡动相关仪(ECS)观测感热通量差异的影响还比较少.本文利用黄土高原庆阳观测站2012年6、7月典型晴天两主风向范围E-SE和SW-W的陆面过程数据,在建立了下垫面不均匀性定量化指标的基础上,分析了下垫面不均匀性与地表温度变率的关系及其对LAS、ECS观测感热通量差异的影响.结果表明:庆阳站下垫面不均匀性大小η和地表温度变率г具有很好的相关性,相关系数达到0.566以上,证明了新建立指标的合理性.下垫面不均匀性大小η和LAS、ECS观测的感热通量差异HLAS-HECS具有很好的一致性,相关系数达到0.634.下垫面不均匀性对LAS和ECS的感热通量差异影响显著,下垫面越不均匀LAS和ECS测量的感热通量差异越大.对两主风向分别进行分析,在E-SE风向范围η和HLAS-HECS的相关系数为0.430,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.279,在SW-W风向范围η和HLAS-HECS的相关系数为0.680,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.297.下垫面不均匀性的影响程度越大,LAS和ECS观测的感热通量差异越大.

关键词：大孔径闪烁仪(LAS) 涡动相关仪(ECS) 下垫面不均匀性地表温度变率感热通量差异

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陇东黄土高原下垫面不均匀性指标的建立及其对大孔径闪烁仪（LAS）观测感热通量的影响

陇东黄土高原下垫面不均匀性指标的建立及其对大孔径闪烁仪（LAS...

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第31届中国气象学会年会

作者：郝小翠张强杨泽粟中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室西北区域气候中心兰州大学大气科学学院

目前定量研究下垫面不均匀性对大孔径闪烁仪（LAS）、涡动相关仪（EC）观测感热通量差异的影响还比较少。本文利用黄土高原庆阳观测站2012年6、7月典型晴天两主风向范围E-SE和SW-W的陆面过程数据,在建立并定量化下垫面不均匀性程度的基... 详细信息

目前定量研究下垫面不均匀性对大孔径闪烁仪（LAS）、涡动相关仪（EC）观测感热通量差异的影响还比较少。本文利用黄土高原庆阳观测站2012年6、7月典型晴天两主风向范围E-SE和SW-W的陆面过程数据,在建立并定量化下垫面不均匀性程度的基础上,分析了下垫面不均匀性与地表温度变率的关系及其对LAS、EC观测感热通量差异的影响。结果表明:庆阳站下垫面不均匀性大小η和地表温度变率г具有很好的相关性,相关系数高达0.566以上。下垫面不均匀性大小η和LAS、EC观测的感热通量差异HLAS-HEC具有很好的一致性,相关系数达到0.634。下垫面不均匀性对LAS和EC的感热通量差异影响显著,下垫面越不均匀LAS和EC测量的感热通量差异越大。对两主风向分别进行分析,在E-SE风向范围η和HLAS-HEC的相关系数为0.430,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.279,在SW-W风向范围η和HLAS-HEC的相关系数为0.680,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.297。下垫面不均匀性的影响程度越大,LAS和EC观测的感热通量差异越大。

关键词：大孔径闪烁仪(LAS) 涡动相关仪(EC) 下垫面不均匀性地表温度变率感热通量差异

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大孔径闪烁仪（LAS）观测感热通量特征及其对数值模式网格尺度热通量观测误差的改进

大孔径闪烁仪（LAS）观测感热通量特征及其对数值模式网格尺度热...

引用

作者：郝小翠兰州大学

学位级别：硕士

目前通用的通量观测技术涡动相关仪(EC)对通量观测存在测量偏小的问题,与数值模式网格尺度的通量观测误差较大,观测结果用于陆面模式参数化方案的改进存在一定的局限性,寻求改进EC观测热通量的新技术是提高陆面模式参数化方案的关键环... 详细信息

目前通用的通量观测技术涡动相关仪(EC)对通量观测存在测量偏小的问题,与数值模式网格尺度的通量观测误差较大,观测结果用于陆面模式参数化方案的改进存在一定的局限性,寻求改进EC观测热通量的新技术是提高陆面模式参数化方案的关键环节。大孔径闪烁仪(LAS)的出现较好的解决了传统观测(EC)的问题。随着LAS的广泛应用,以往工作者对LAS做过很多有意义的研究,但总体而言对LAS观测感热通量特征的系统研究还存在很大的研究空间,LAS对EC应用于数值模式网格尺度热通量观测误差的改进方面也少有涉及。为此,利用黄土高原定西站2009年9月和2010年1月、6月与庆阳站2010年1月、6月和2012年6、7月的同步综合观测资料。一方面,本文首先初步对LAS观测感热通量特征量T*进行了分析,其次对影响LAS观测感热通量的物理因素进行分析,再从造成LAS、EC观测差异的一个重要原因-下垫面不均匀性着手分析其对两者感热通量差异的影响,最后从降低EC能量平衡不闭合度角度出发研究了中尺度垂直平流输送这一物理过程对LAS和EC测量感热通量差异的影响。另一方面,本文结合目前比较有代表性的陆面过程模式CLM和NOAH的同步模拟数据,通过比较两种仪器观测结果与模式模拟结果的拟合情况,分析了LAS对EC观测数值模式网格尺度热通量存在误差的改进。主要结论如下：(1)通过分析LAS和EC在测量感热通量过程中的温度特征尺度T*及其差异与近地层气象要素风向和位温梯度等的关系。发现：黄土高原下垫面LAS测量的T*LAS和EC测量的T*EC有很好的相关性,相关系数达到0.955,拟合的线性趋势系数是1.482。对9月份进行风向统计,盛行风向为NNE和SE,NNE风向上T*LAS和T*EC的相关系数是0.960,拟合的线性趋势系数是1.349,SE风向上T*LAS和T*EC的相关系数是0.968,拟合的线性趋势系数是1.619,风向对T*有显著影响。位温梯度与T*呈很好的线性相关关系,T*LAS相较于T*EC与位温梯度有更好的相关性。(2)通过分析不同下垫面LAS和EC观测感热通量的时空差异及其与下垫面物理因素净辐射、风向、风速和稳定度等的关系。发现：LAS和EC观测感热通量值之间的差异大小与下垫面的不均匀性有关,相对复杂的下垫面两者差异较大。净辐谢Rn是感热通量的主要驱动因子,HLAs-HEC在生长季的值大于非生长季的值,并与Rn成正相关。风向对LAS和EC观测感热通量值有显著影响。对流边界层低频涡旋的存在导致EC通量统计值偏低,HLAs/HEC随着风速的增大而减小,随着z/L的增大呈增大趋势。(3)在定量化下垫面不均匀性程度的基础上,分析了下垫面不均匀性与地表温度变率的关系及其对LAS、EC观测感热通量差异的影响。结果表明：庆阳站下垫面不均匀性大小77和地表温度变率(?)具有很好的相关性,相关系数高达0.566以上。下垫面不均匀性大小η和LAS、EC观测的感热通量差异HLAS-HEC具有很好的一致性,相关系数达到0.634。下垫面越不均匀LAS和EC观测差异越大,下垫面完全均匀时,差异趋向O。下垫面不均匀性对LAS和EC的感热通量差异影响显著。对两盛行风向分别进行分析,在E-SE风向范围η和HLAS-HEc的相关系数为0.430,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.279,在SW-W风向范围η和HLAS-HEC的相关系数为0.680,HLAS和HEC拟合的线性趋势系数为1.297。下垫面不均匀性的影响程度越大,LAS和EC观测的感热通量差异越大。(4)以造成LAS和EC测量感热通量差异的一个重要原因-EC的能量平衡不闭合度为切入点,从中尺度垂直感热平流输送这一物理过程入手,将垂直感热平流输送的贡献作为地表有效能量的一部分引入EC直接观测的感热通量,对比引入前后LAS和EC测量感热通量的差异大小。结果表明：黄土高原定西观测站近地层垂直方向主要表现为向上运动,峰值达到0.055m/s,为垂直平流输送提供了必要的动力条件。尤其该地区处在半干旱区,地表受太阳辐射加热比较显著,近地层温度梯度最大能达到0.31K/m,为产生垂直感热平流提供了能量基础。加入垂直平流输送的贡献后,白天EC地表能量不平衡差额的日均值由直接观测的77W/m2缩小到65W/m2,地表能量不闭合度的日均值由直接观测的0.28缩小到0.23。修正后,LAS和EC测量的感热通量拟合的线性趋势系数由直接观测时的1.330缩小到1.132,两者差异得以缩小。(5)通过分析LAS、EC观测的感热通量与CLM、NOAH模拟的感热通量的比较、植被对观测与模拟的感热通量间差异的影响以及LAS对地表能量平衡的改进。发现：LAS观测与模式模拟的感热通量之间的拟合系数和相关系数均要比EC与模

关键词：黄土高原大孔径闪烁仪(LAS) 涡动相关系统(EC) 感热通量陆面过程模式物理因素下垫面不均匀性垂直平流输送观测改进

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