黄河源区玛曲湿地夏季微气象特征分析及数值模拟

发布时间：2020-04-23 10:31

【摘要】：玛曲湿地是受气候变化影响最为严重的地区之一,其生态环境正面临严重威胁。本文以玛曲湿地高寒草甸下垫面为研究对象,分析了2015年夏季观测数据;以黄河源区为模拟区域,设计了4组不同陆面过程参数化方案的模拟试验,评估了WRF中尺度数值模式对黄河源区地表及近地层气象要素的模拟效果,并计算了各项误差,利用自动气象观测站资料和GLDAS数据集对区域面气象要素分布进行了分析;利用玛曲高寒草甸生态系统CO_2通量和密度观测数据,对其月变化和日变化、晴天和阴天的碳排放和吸收速率进行了分析,并且对WRF-Noah-MP试验模拟值进行了评估。得出了以下几点主要结论:(1)地表和近地层要素观测和模拟对比:夏季玛曲高寒草甸近地层气温与相对湿度具有明显的昼夜变化特征,平均值分别为9.3℃和75.4%,昼夜差异较大。白天风速显著大于夜间,平均风速为2.8 m·s~(-1),风向以西风为主。夏季降水日数较多,累计降水241.9 mm,集中在9月。土壤温度呈准正弦变化,较深层土壤升温相比浅层土壤滞后,5 cm和10 cm土壤温度分别为14.4℃和13.9℃。降水发生后浅层土壤湿度快速响应,较深层土壤稍滞后。5 cm和10 cm土壤湿度平均值分别为0.21 m~3·m~(-3)和0.19 m~3·m~(-3)。WRF模式能较好地模拟出日平均气温、相对湿度、土壤温度和土壤湿度的变化情况,但气温和土壤温度模拟值偏小,相对湿度和土壤湿度模拟值偏大。气温模拟结果与观测值相关系数均大于0.94,WRF-RUC模拟值均方根误差和偏差最小;WRF-Noah方案模拟的相对湿度均方根误差和偏差均小于其它3组试验,分别为5.0%和3.4%。模式模拟的主导风向与观测相反。(2)地表辐射平衡和地表反照率观测结果:夏季玛曲高寒草甸晴天向下短波辐射可达1200 W·m~(-2)左右,与鄂陵湖湖滨地区相近,大于那曲地区。向下长波辐射在217.0~383.7 W·m~(-2)之间变化,向上长波辐射和向上短波辐射最大值分别为520.7 W·m~(-2)和210.2 W·m~(-2)。7 9月平均地表反照率为0.20,与鄂陵湖湖滨、那曲、海北高寒草甸接近,大于理塘高寒草甸。(3)地表能量平衡各分量观测和模拟对比:玛曲高寒草甸下垫面净辐射峰值可达845 W·m~(-2)左右,地表热通量在-57.6~114.6 W·m~(-2)之间变化,平均值约为1.8 W·m~(-2)。夜间净辐射和地表热通量均有负值出现,地表向大气传输能量。潜热通量和感热通量平均值分别为55.7 W·m~(-2)和25.5 W·m~(-2),地表与大气之间能量传输以潜热输送占主导。夜间感热通量和潜热通量均有负值出现,大气向地表传输能量。夏季能量闭合度平均值仅为0.67,主要是观测误差、植被冠层热储存、忽略了平流和中尺度对流等因素造成。WRF模式能较好地模拟出能量通量的日变化情况,但是对夜间负感热和负潜热模拟不够。WRF-Noah-MP模拟的净辐射和地表热通量与观测更接近。(4)地表和近地层各要素分布情况:除了WRF-RUC方案外,其余陆面方案均能较好地展现夏季黄河源区的气温、湿度和土壤温湿度区域分布状况。4组试验相比GLDAS,地表温度、土壤温度和感热通量模拟值均稍微偏大。WRF-Noah和WRF-Noah-MP模拟的潜热通量与GLDAS较吻合。(5)生态系统碳通量观测和模拟对比:夏季玛曲高寒草甸生态系统CO_2通量平均值为-0.10 mg·m~(-2)·s~(-1),表现为弱的“碳汇”,碳吸收时长约为13 h。晴天和阴天CO_2通量平均值相差不大,但阴天碳排放速率显著大于晴天。CO_2密度变化趋势与CO_2通量对应,平均值为517.20 mg·m~(-3)。WRF-Noah-MP试验能较好地模拟出玛曲地区生态系统CO_2通量变化趋势。
【图文】：

示意图,自动气象站,站位,通量

土壤孔隙度 41.42%~45.65土壤有机质 3.74~40.19 g k土壤全氮含量 0.42~3.47 g kg土壤全磷含量 0.34~0.58 g kg土壤全钾含量 3.83~8.89 g kg土壤 pH 值 7.54~8.69介绍了研究区域（30.43°N~36.23°N，，98.19°E~105.115年7 9月每3小时一次的2 m气温和2 m相气象局，已经过一定的质量控制。自动气象站分

变化图,玛曲,气温变化,下垫面

曲马场观测场 2015 年 7 9 月观测资料（详见 2.2 层微气象要素的日变化和月变化特征。要素特征2015年7 9月玛曲高寒草甸近地层气象要素日变化月变化情况（图 3-1a）可以看出，玛曲高寒草甸下垫大，最大日较差可达 20 ℃左右，显著大于鄂陵湖湖原东坡地区[133]、金塔绿洲[134]和敦煌绿洲地区[135]的 9.3 ℃，最高气温为 23.0 ℃，最低气温为-2.3 ℃，间变化。每月平均气温分别为 9.5 ℃、9.6 ℃、8.7 ℃变化图（图 3-1b）可以看出，玛曲地区日最低气温出月分别比7月滞后约0.5 h和1 h。最高气温大约出现温速率明显比 7 月和 8 月缓慢。
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P467

【参考文献】