北极大气边界层高度和地表能量平衡的气候特征分析

发布时间：2020-08-18 09:40

【摘要】：北极气候系统在20世纪90年代以来经历了快速变化。大气边界层在地表与大气的相互作用中扮演着重要角色,对气候系统的演变产生着重要影响。本文首先对几种常用的计算大气边界层高度的方法进行了评估,将总体理查森数法定为最优方案,随后对ERA-Interim再分析资料进行了检验。使用ERA-Interim再分析资料,采用总体理查森数法,本文计算了 1979至2014年北极大气边界层高度的气候平均场,并对北极地区大气边界层高度的气候特征进行了分析。结果表明,不同下垫面处的气候平均的边界层高度呈现出显著不同的季节变化。平均而言,当下垫面为海洋时,边界层在冬季比夏季高;下垫面为陆地时,边界层在夏季比冬季高;在海冰覆盖区域,边界层高度的季节变化不显著。然而,即使位于同一下垫面,包含日变化在内的边界层高度的离散度仍然较大,具有较大的不确定性,尤其体现在边界层高度的气候平均值较大的季节。随后在诊断影响大气边界层高度季节变化的两个物理因子(热力和动力因子)的相对贡献后发现,热力因子对边界层高度的季节变化具有主要贡献。通过逐项分析北极地区地表能量平衡的气候特征,本文进一步解释了北极大气边界层高度季节变化的原因。研究表明,北极地区地表的能量平衡与大气边界层高度具有很好的相关关系,其中地表潜热通量与边界层高度的相关最显著,可作为北极大气边界层高度的预测因子之一。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P422.4;P421.3
【图文】：

线路图,抗冰,线路图

南京信息工程大学硕士学位论文讨论辐射通量（长波、短波辐射）和湍流热通量（感热、度的关系。逡逑ＯＳＥ探空资料逡逑８月３０日至１０月１０日期间，国际北极观测合作研究统实验（ＡＲＣＲＯＳＥ）在北极地区的楚科奇海域开展。科学xO究获取最新的高分辨率的大气探空资料，为进程，揭示北极对中纬度极端天气的影响，改善天气预再分析资料等提供支撑。逡逑１４０＊Ｅ逦１５０＊Ｅ逦１６０＾Ｅ逦１７０＊Ｅ逦ｔＢＯ＊逦１７０＊Ｗ逦ＩＳｔＴＷ逦１５０＊Ｗ逡逑

探空资料,边界层,理查森数,日期

探空资料２０１４年９月６日至９月２４日期间的３小时一次的位于楚科奇海的定逡逑点观测数据，对以上五种计算方法进行了比较。逡逑如图２所示，时间轴表示２０１４年９月６日至９月２４日，每两个主刻度之逡逑间的时间间隔为一天。由图可知，用Ｒｉ法（此时设置临界Ｒｉ数为０．２５，忽略逡逑地表摩擦项）计算的边界层高度（蓝色实线）与ＥＩ的计算结果（红色实线）较逡逑为接近，尤其在２０１４年９月１１日至９月１９日期间，尽管这两种定义边界层高逡逑度的方法在原理上并不相同。因此，我们猜测，总体理查森数在很大程度上受逡逑垂直温度廓线的影响。但是需指出的是，高层逆温ＥＩ并不是时时刻刻都会出现，逡逑而表层逆温ＳＢＩ邋（红色星号）在此期间只是零星地出现在某几个时刻（图２），逡逑所以用ＥＩ和ＳＢＩ两种方法计算边界层高度存在固有的缺陷，必须与其他方法混逡逑合使用。随后，我们进一步量化了在此期间分别用五种方法计算得到的平均边逡逑１０逡逑

理查森数,摩擦效应,探空资料,地表

界理查森数Ｒｉｅ的选取进行了如下测试。由于在ＡＲＣＲＯＳＥ探空资料中地表摩逡逑擦变量未知，所以暂不考虑地表摩擦效应。本文共考查了五个不同的Ｒｉｄｉ：０．２、逡逑０．２５、０．３、０．５和０．９９，分别应用于Ｒｉ方法计算边界层高度。如图３所示，用逡逑前三个Ｒｉｅ值计算的边界层高度在整个时间段内比较接近，正如这三个Ｒｉ。值本＿逡逑身相对于后两个值更为接近一样。在大多数情况下，灰色填色部分（Ｒｉｃ在０．２逡逑与０．３之间）所显示的两个临界值所控制的边界层高度的差异较小。最大的高度逡逑差约为１５０邋ｍ，这个数值约为Ｒｉ。等于０．２５时的边界层高度平均值的３０％，并逡逑小于所有五种临界值下计算得到的边界层高度的标准差（见表４）。前人的许多逡逑研究工作将邋Ｒｉ。值设置为邋０．２５邋（例如，Ｓｔｕｌｌ，邋１９８８；邋Ｖｏｇｅｌｅｚａｎｇ邋＆邋Ｈｏｌｔｓｌａｇ，邋１９９６；逡逑Ｚｉｌｉｔｉｎｋｅｖｉｃｈ邋＆：邋Ｂａｋｌａｎｏｖ，邋２００２；邋Ｓｅｉｄｅｌ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１２）。并且当邋Ｒｉｃ邋等于邋０．２５邋时，平逡逑均边界层高度与Ｅｌ的计算结果更接近（见表２和表１），这进一步为我们的选择逡逑提供了依据。因此，本研究亦选取０．２５作为临界理查森数

【参考文献】