黑河地区地面阻曳系数的估算及其影响的数值试验

本文利用黑河地区在气相互作用观测试验期间戈壁１２天、沙漠６天逐时塔站观测资料以及胡隐樵等的组合法所获得的感热、摩擦速度等，用倒算法估算了黑河地区地面通量的阻曳系数值，最后根据所估算的阻曳系数值，进行了边界层过程对短期天气预报影响的数值试验。结果表明，黑河地区的阻曳系数存在较明显的日变化；所获得的黑河地区戈壁及沙漠下垫面的日平均阻曳系数估算值大体是合理的；边界层过程仅对个别敏感区或盛行局地影响的短期天气过程有较明显的影响     

河西地区非均匀下垫面的大气变性过程

利用ＨＥＩＦＥ野外观测资料，分析了河西地区黑河流域夏半年下面动力和热力特性的不均匀 ；并以个别具有一定代表性的晴天观测资料为例，客观地分析了绿洲与沙漠或戈壁下垫面突变所产生的近地层大气变性过程；初步解释发绿洲近地层逆温和沙漠或戈壁近地层逆湿的形成机制，同时也讨论了绿洲和沙的水汽输送过程。     

黑河试验区沙漠和戈壁的总体输送系数

本文利用黑河试验(HEIFE)1990年8月16日—9月15日的观测资料,对沙漠和戈壁的总体输送系数进行了研究。结果表明:沙漠和戈壁的中性总体输送系数分别为2.2×10~(-3)和1.6×10~(-3),对应的粗糙度分别为4.5×10~(-3)和1.7×10~(-3)m。中性总体输送系数随风速无明显变化。 文中还求得总体输送系数与总体理查逊数及粗糙度之间的拟合关系式。并利用黑河试验其它时段的观测资料对它的适用性做了初步检验。     

沙漠陆面过程与沙漠小气候研究进展

陆面过程是影响大气环流和气候变化的基本物理、生化过程之一。沙漠陆面过程及相应的小气候效应已经成为当前沙漠气象研究的热门问题。近年来,在沙漠陆面过程野外观测、陆面过程特征及参数化、陆面过程模拟、小气候及陆面过程对小气候影响等方面已取得重大进展。本文对于沙漠小气候、沙漠陆面过程及沙漠陆面过程参数化进行了简要概述,重点总结了国内外在沙漠地区气候考察、沙漠边界层高度、沙漠热力环流、绿洲效应、塔克拉玛干沙漠气候特征、沙漠陆面过程野外观测试验及结果、沙漠陆面过程对气候的影响、沙漠陆面过程参数化方案方面的成果,回顾了近年来利用地面观测设备和数值模式等对气候效应和陆面过程直接观测和数值模拟所获得的观测事实和模拟试验,并讨论了其陆面过程参数化对模拟的影响,在总结前人研究成果的基础上对未来的研究方向进行了讨论。     

典型干旱区荒漠戈壁陆面参数的观测研究

根据目前流行的陆面过程模式的需要，利用２０００年５－６月敦煌陆面过程野外观测实验加强期的观测资料，分析了西北典型干旱区荒漠戈壁的一些关键陆面过程和土壤参数的特征和规律。并且利用相对反射为权重加权平均，计算得到典型干旱区敦煌荒漠戈壁的平均反射率为０.２５５±０.０２１；剔除建筑物干扰后，利用对数平均法计算的粗糙度长度平均值为０，００１９±０。０００７１ ｍ；剔除绿洲影响后，用无降水影响的资料确定出土壤湿度影响因子为０．００４５；剔除降水影响后，用观测资料计算的敦煌典型干旱区荒漠戈壁的热容量平均值为１．１２×１０~６ｍ~（－３）Ｋ~（－１），比“黑河试验”在戈壁和在其它沙漠观测的有关值略小一些，但热扩散率和热传导率都比“黑河试验”在戈壁观测的值小一倍左右；观测的敦煌戈壁典型天气条件下的土壤含水量非常小，基本上不超过１％。     

黑河实验区非均匀地表能量通量的数值模拟

利用三维非静力RAMS模拟研究了黑河实验区非均匀地表能量通量，模拟结果表明：绿洲地表净辐射通量较沙漠戈壁大；绿洲及沙漠戈壁下垫面上的Bowen比分别为0．4和4．0；夜间绿洲上整晚维持蒸发，并有负感热通量。模拟结果与测站实测结果与卫星反演值的对比研究指出，RAMS对绿洲下垫面潜热通量的模拟和沙漠戈壁下垫面感热通量的模拟与实测值基本一致。卫星遥感反演及数值模拟方法对净辐射的估算与实测较吻合，绿洲地表感热通量的卫星反演值较数值模拟结果更接近于实际，但潜热通量的模拟值则较卫星估算值更接近于实际；沙漠戈壁地表则是感热通量的模拟值较卫星反演值更接近于实际。上述分析为今后结合卫星遥感改进RAMS陆面过程参数化，使使用于模拟研究干旱区非均匀下垫面地气相互作用提供了可靠依据。     

绿洲、沙漠及戈壁边界层特征对比分析

利用黑河实验所取得的资料，对比分析了绿洲、沙漠及戈壁边界层中风、温、湿分布规律，从而为研究西北地区不同下垫面所造成的气候特点对生态环境的影响、土地的开发腹及人工改造自然环境等工作提供依据。     

黑河地区绿洲一沙漠环流的数值模拟研究

地气相互作用现象的研究对预测未来气候变化意义重大。黑河地区绿洲和沙漠戈壁地表间水热特性的强烈差异所引发的绿洲—沙漠中尺度环流 ,能够影响该区绿洲生态系统的维持和发展。利用中尺度数值模式RAMS成功地再现了黑河地区绿洲—沙漠环流 ,同时对环流出现时温、湿场的模拟分析表明 ,绿洲—沙漠环流的发生和发展直接依赖于非均匀下垫面热力场的差异 ,白天发展强盛 ,夜间作用小。环流作用能够保证绿洲—沙漠系统的物质和能量平衡 ,对沙漠戈壁环境中绿洲的维持十分重要     

绿洲夜间“冷岛效应”的模拟研究

本文利用一维地气耦合模式，并考虑大气长波辐射的影响，模拟HEIFE期间绿洲、戈壁和沙漠夜间大气边界层的演变，对夏季夜晚绿洲近地面气温低于沙漠的现象作出解释，并运用实际观测资料加以论证。在总结前人研究成果的基础上，利用数值试验，得出绿洲夜间“冷岛效应”形成的主要原因在于风速较小与夜间蒸发，从而排除了归因于绿洲、沙漠辐射方面的差异的可能性。     

西北干旱区地表辐射特性的初步研究

利用2000年5－6月敦煌（戈壁）陆面过程野外观测实验加强期的地表辐射观测资料以及HEIFE中绿洲（张掖）和沙漠两站1991年同期的地表辐射观测资料，分析了三种不同下垫面晴天地表辐射各分量的日变化特征。结果表明：绿洲地区和沙漠区总辐射略高于敦煌戈壁区；地表反射率沙漠区和敦煌区明显高于绿洲区，地面有效辐射戈壁区最大，张掖绿洲区最小，地表净辐射张掖绿洲区明显大于沙漠和戈壁区。     

河西地区不同下垫面边界层特征分析

利用1991年10月HEIFE实验期间获取的系留气球梯度探测资料．对比分析了黑河地区常见的三种不同下垫面(绿洲、沙漠和戈壁)边界层风、温度、湿度场的分布规律。客观验证了河西地区秋季午夜后出现的低空急流和逆湿气层两大特点,为进一步研究黑河地区水分与能量循环对环境的影响、土地的开发利用等提供事实依据。     

黑河实验区沙漠戈壁上空“逆湿”的数值模拟

本文采用区域大气模拟系统－RAMS,模拟了黑河实验区沙漠戈壁上空的“逆湿”,并研究了“逆湿”发生时沙漠戈壁大气边界层结构,模拟结果表明,“逆湿”形成是平流作用的结果,沙漠戈壁边界层内较小的风速,弱不稳定层结及存在的下沉气流都有利于其近地层内逆湿的形成。     

黑河地区夜间低空急流和冷世流特征分析

本文根据在ＨＥＩＦＥ实验期间大气边界层的探测资料，分析了夜间冷泄流和低空急流的发展过程。在一般情况下，黑河地区夜间低空急流的特征与稳定边界层在惯性振荡作用下所形成的低空急流特征一致。由于祁连山的作用，在戈壁地带会发生夜间冷泄流，并带有干旱地区的明显特征。当午夜前有冷泄流发生时，会影响到低空急流的发展，使急流层高度下降到近地层顶附近。这些对黑河地区边界层结构与地气交换过程必将产生重要的影响。     

荒漠戈壁大气总体曳力系数和输送系数观测研究

利用“我国西北干旱区陆一气相互作用观测试验”在甘肃敦煌进行的陆面过程野外试验的观测资料,依据三种不同方法确定了干旱戈壁区动量输送的曳力系数Cd、感热和潜热交换的总体输送系数Ch和Cq。结果表明：尽管这三种方法计算的曳力系数和总体输送系数有一定的差别,但在量级上相当,尤其是Cd和Ch的平均值比较接近。本文还通过对风向的分析,剔除了附近建筑物干扰和来自绿洲湿平流的影响,得到了荒漠戈壁总体输送系数的特征及其与理查孙数的关系。     

用变分法修正黑河试验数据的初步研究

为了对黑河试验观测资料进行订正,利用一个一维边界层垂直扩散模式和以拟牛顿极小化算法为基础的最优化方法建立了一个变分同化系统,其中,目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法求取.并利用模式资料和黑河试验若干时刻的观测资料进行了一些数值试验.试验证明,将初始场变量与模式误差系数同时作为控制变量加以调整,能够有效调整初始场观测资料.并且,用变分同化方法能够较线性插值(时间、空间)方法更有效、合理的修正黑河试验观测资料场的种种缺陷.     

黑河实验地区大气浑浊度的初步分析

本文利用１９９１年黑河实验观测期内ＭＳ－１２０型太阳光度表的观测资料，计算分析了该地区临泽，张掖和沙漠三个观测站的大气浑浊度，进而对该地区大气浑浊度的日变化、月际变化，出现频数分布等特征及其影响因子进行了讨论。     

甘肃省河西黑河流域沙漠、戈壁地区夏季大气浑浊度与沙尘特性分析

通过对甘肃省河西黑河流域沙漠、戈壁地区1990年夏季?ngstr?n大气浑浊度系数的计算分析，总结出了该种特殊下垫面条件下大气浊度特征。并由大气浑浊度系数及波长指数的变化，定性讨论了这一地区大气中沙尘的消光特性及其生成、消散过程。进一步应用Volz方法和Arao方法粗略地估计了这一地区大气在不同条件下的沙尘含量。     

RAMS模式在金塔地区非均匀下垫面上的适用性研究

为检验RAMS模式在金塔地区的模拟性能, 首先选2005年7月2~3日金塔地区的一次晴好天气过程, 然后利用RAMS及MM5模式对该过程进行了48 h三重嵌套的数值模拟, 最后对金塔绿洲、 戈壁及沙漠点近地面各变量的模拟值及实测值进行了对比分析。结果表明： RAMS模式对绿洲、 戈壁和沙漠不同下垫面近地面温度的模拟表现良好, 基本模拟出了近地面相对湿度的日变化趋势, 较好地模拟出了绿洲\_沙漠环流引起的绿洲“冷岛效应”和临近绿洲的戈壁与沙漠上空的“逆湿”现象; RAMS模式对绿洲下垫面潜热通量的模拟比感热通量更接近实况, 而对戈壁和沙漠下垫面感热通量的模拟好于潜热通量, 三种下垫面上净辐射的模拟都与观测值较接近; 同MM5模式的模拟结果比较, RAMS模式对非均匀下垫面净辐射、 感热通量的数值模拟更优于MM5模式。这表明RAMS模式在金塔地区应用的可行性。     

复杂下垫面模拟域大气边界层非局地闭合模拟研究

在非局地闭合大气边界层模拟研究基础上,选取黑河实验研究资料（HEIFE）,利用二维模式对绿洲和沙漠交界地区的内边界层结构进行了模拟研究,模式考虑了两种下垫面条件下动力、热力特性的不同,并加入了湿度及水汽通量的预报。模拟结果表明:二维非局地闭合模式能得到合理的TIBL结构的基本特征,包括平均场、湍流场等,并能模拟给出一些由下垫面特性形成的大气现象,如沙漠地区逆湿现象的生消过程、绿洲的冷岛效应、绿洲与沙漠因热力差异而形成的局部环流形势等细致结构,符合沙漠站白天观测事实的典型特征。     

远离绿洲的沙漠近地面观测实验

通过比较远离经录洲沙漠区与临近绿洲沙漠区近地面的观测资料，发现临近绿洲沙漠区的逆湿现象主要是受到绿洲干扰的影响，沙漠地区地气之间能量交换主要由感热控制，潜热能量可以忽略不计，两个沙漠地区感热通量基本相当。ＨＥＩＦＥ中沙漠或戈壁观测到的能量收支过程基本上能够代表干旱地区的特征。