青藏高原冻融过程与地表非绝热加热异常对东亚气候影响的研究
发布时间：2021-03-01 10:03
青藏高原热、动力作用在亚洲季风系统中扮演重要角色,高原的热、动力强迫异常对东亚大气环流及天气气候的影响一直是热点科学问题。高原地表广泛分布着季节性冻土和多年冻土,其季节变化影响着高原地-气间的能量和水分交换。地表非绝热加热与陆面过程相关,冻融过程作为高原陆面过程中最突出的特征之一,必然影响着高原的地表非绝热加热变化,会引起高原热力强迫异常,从而对大气环流及天气气候产生影响。本文首先利用站点观测资料,分析了冻融过程中土壤水热传输特征,结合模式数值试验,定量分析了冻融过程引起的不同时期的土壤温、湿度的变化特征。在此基础上,对再分析资料在冻融过程中的地表非绝热加热偏差特征进行了分析,对比分析了在冻融过程中不同时期的地表非绝热加热的变化特征,定量分析了冻融过程引起的地表非绝热加热异常变化,探讨了融冻期地表非绝热加热异常对东亚大气环流的可能影响。接着分析了高原融冻期的土壤湿度与降水耦合关系的变化特征,重点探讨了冻融过程对高原土壤湿度与降水相互作用的影响。此外,进一步分析了从前秋到春季,土壤经历冻结—融化过程中土壤湿度异常的跨季节持续性,探讨了高原土壤湿度跨季节持续性异常对中国东部夏季降水的影响及...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本论文研究内容的框架图
兰州大学博士学位论青藏高原冻融过程与地表非绝热加热异常对东亚气候影响的研究19有研究指出土壤冻融过程对大气环流有显著影响（Wang等，2003）。然而，土壤湿度异常与冻融过程之间存在怎样的联系，冻融过程对不同阶段土壤水热传输影响的机理有何不同，仍需要进一步探讨。因此，本章的研究主要关注以下两个方面：土壤冻融过程如何影响土壤的水热传输，冻融过程对土壤湿度变化及地表非绝热加热的影响有多大，通过对冻融过程和土壤水热传输关系的研究，加深理解寒区土壤水热传输过程的机理，有助于提高对寒区陆气相互作用的认识。2.2数据、模式和试验设计在冻融过程中，土壤温度、湿度存在明显的变化，二者的变化有较好的对应关系；土壤温度的变化影响着冻结、融融过程的发生，土壤冻结、融化时水分的相变也会影响土壤温度变化。在土壤冻结前、冻结以及融化后的不同阶段，地气之间能量和水分的交换过程不同（图2-1）。图2-1冻融过程概念图，在冻结前（BF）、冻结期（FT）和融化后（AT），降水（Precipitation）、近地表气温（Airtemperature）、地表热通量（heatflux）和土壤温度（Tsoil）、湿度（θliq）的变化；在冻结期，土壤经历了“冻结（Freezing）—完全冻结（Completely-Frozen）—融化（Thawing）”过程（Yang和Wang，2019）
兰州大学博士学位论青藏高原冻融过程与地表非绝热加热异常对东亚气候影响的研究20对于土壤冻融过程而言，土壤水热状况包含了两个时期：冻结期和非冻结期。在冻融过程中，随着土壤温度的变化，土壤水分会经历“冻结—完全冻结—融化”的过程，该过程所对应的时期定义为冻结期（FT）。在非冻结期，土壤温、湿度的变化特征在土壤冻结前和完全融化后仍有明显的差异（Wang等，2003；Ge等，2016）。因此，为了分析冻融过程对土壤水热传输的影响以及比较不同时期的差别，将整个观测或模拟时段分为三个时期：冻结前（ＢF）、冻结期（FT）和融化后（AT）。冻结期开始和结束的判断条件如下：I、如果土壤温度连续5天低于0℃，就将当前的时间作为冻结期的开始；II、如果土壤温度连续5天高于0℃，就将当前时间作为冻结期的结束；III、在冻结期开始之前的时期为冻结前期，在冻结期结束之后的时期为融化后期。本章利用站点观测资料，结合模式数值试验，分析冻融过程中土壤水热传输特征，以及冻融过程对土壤温、湿度和地表非绝热加热的影响。图2-2研究区域（25°-40°N，75°-105°E）的海拔分布（填色；单位：ｍ）及观测站点分布（三角形，红色三角代表4个用于单点试验的站点）青藏高原作为高山寒区的典型代表，分布着大量的季节性冻土和多年冻土。青藏高原下垫面复杂，陆面过程有较大的空间差异性。为了对整个高原地区进行分析，对比不同下垫面的土壤水分传输特征，本章所用了高原不同地区的多个站点的观测资料（图2-2）。站点观测资料包含了大气强迫场数据和土壤温、湿度数据。大气强迫场数据包括：大气向下的短波辐射、向下的长波辐射、降水、气温、
【参考文献】：
期刊论文
[1]青藏高原冬春积雪和地表热源影响亚洲夏季风的研究进展[J]. 段安民,肖志祥,王子谦. 大气科学. 2018(04)
[2]陆面模式CLM4.5在青藏高原土壤冻融期的偏差特征及其原因[J]. 李时越,杨凯,王澄海. 冰川冻土. 2018(02)
[3]Characteristics of GLDAS soil-moisture data on the Tibet Plateau[J]. Hong Yan Bao,Kai Yang,Cheng Hai Wang. Sciences in Cold and Arid Regions. 2017(02)
[4]青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究[J]. 杨凯,胡田田,王澄海. 大气科学. 2017(02)
[5]全球土壤湿度的记忆性及其气候效应[J]. 李若麟,保鸿燕,李课臣,王澄海. 冰川冻土. 2016(06)
[6]青藏高原春季土壤湿度与我国长江流域夏季降水的联系及其可能机理[J]. 王静,祁莉,何金海,吴志伟. 地球物理学报. 2016(11)
[7]青藏高原多年冻土区土壤冻融过程对地表能量通量的影响研究[J]. 葛骏,余晔,李振朝,解晋,刘川,昝蓓蕾. 高原气象. 2016(03)
[8]青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系[J]. 李登宣,王澄海. 冰川冻土. 2016(01)
[9]WRF-WSM3微物理方案在青藏高原地区暴雪模拟中的改进及试验[J]. 王坤,张飞民,孙超,王澄海. 大气科学. 2014(01)
[10]关于亚洲夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展[J]. 吴国雄,段安民,刘屹岷,颜京辉,刘伯奇,任素玲,张亚妮,王同美,梁潇云,关月. 大气科学. 2013(02)
本文编号：3057326
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
本论文研究内容的框架图
兰州大学博士学位论青藏高原冻融过程与地表非绝热加热异常对东亚气候影响的研究19有研究指出土壤冻融过程对大气环流有显著影响（Wang等，2003）。然而，土壤湿度异常与冻融过程之间存在怎样的联系，冻融过程对不同阶段土壤水热传输影响的机理有何不同，仍需要进一步探讨。因此，本章的研究主要关注以下两个方面：土壤冻融过程如何影响土壤的水热传输，冻融过程对土壤湿度变化及地表非绝热加热的影响有多大，通过对冻融过程和土壤水热传输关系的研究，加深理解寒区土壤水热传输过程的机理，有助于提高对寒区陆气相互作用的认识。2.2数据、模式和试验设计在冻融过程中，土壤温度、湿度存在明显的变化，二者的变化有较好的对应关系；土壤温度的变化影响着冻结、融融过程的发生，土壤冻结、融化时水分的相变也会影响土壤温度变化。在土壤冻结前、冻结以及融化后的不同阶段，地气之间能量和水分的交换过程不同（图2-1）。图2-1冻融过程概念图，在冻结前（BF）、冻结期（FT）和融化后（AT），降水（Precipitation）、近地表气温（Airtemperature）、地表热通量（heatflux）和土壤温度（Tsoil）、湿度（θliq）的变化；在冻结期，土壤经历了“冻结（Freezing）—完全冻结（Completely-Frozen）—融化（Thawing）”过程（Yang和Wang，2019）
兰州大学博士学位论青藏高原冻融过程与地表非绝热加热异常对东亚气候影响的研究20对于土壤冻融过程而言，土壤水热状况包含了两个时期：冻结期和非冻结期。在冻融过程中，随着土壤温度的变化，土壤水分会经历“冻结—完全冻结—融化”的过程，该过程所对应的时期定义为冻结期（FT）。在非冻结期，土壤温、湿度的变化特征在土壤冻结前和完全融化后仍有明显的差异（Wang等，2003；Ge等，2016）。因此，为了分析冻融过程对土壤水热传输的影响以及比较不同时期的差别，将整个观测或模拟时段分为三个时期：冻结前（ＢF）、冻结期（FT）和融化后（AT）。冻结期开始和结束的判断条件如下：I、如果土壤温度连续5天低于0℃，就将当前的时间作为冻结期的开始；II、如果土壤温度连续5天高于0℃，就将当前时间作为冻结期的结束；III、在冻结期开始之前的时期为冻结前期，在冻结期结束之后的时期为融化后期。本章利用站点观测资料，结合模式数值试验，分析冻融过程中土壤水热传输特征，以及冻融过程对土壤温、湿度和地表非绝热加热的影响。图2-2研究区域（25°-40°N，75°-105°E）的海拔分布（填色；单位：ｍ）及观测站点分布（三角形，红色三角代表4个用于单点试验的站点）青藏高原作为高山寒区的典型代表，分布着大量的季节性冻土和多年冻土。青藏高原下垫面复杂，陆面过程有较大的空间差异性。为了对整个高原地区进行分析，对比不同下垫面的土壤水分传输特征，本章所用了高原不同地区的多个站点的观测资料（图2-2）。站点观测资料包含了大气强迫场数据和土壤温、湿度数据。大气强迫场数据包括：大气向下的短波辐射、向下的长波辐射、降水、气温、
【参考文献】：
期刊论文
[1]青藏高原冬春积雪和地表热源影响亚洲夏季风的研究进展[J]. 段安民,肖志祥,王子谦. 大气科学. 2018(04)
[2]陆面模式CLM4.5在青藏高原土壤冻融期的偏差特征及其原因[J]. 李时越,杨凯,王澄海. 冰川冻土. 2018(02)
[3]Characteristics of GLDAS soil-moisture data on the Tibet Plateau[J]. Hong Yan Bao,Kai Yang,Cheng Hai Wang. Sciences in Cold and Arid Regions. 2017(02)
[4]青藏高原南、北积雪异常与中国东部夏季降水关系的数值试验研究[J]. 杨凯,胡田田,王澄海. 大气科学. 2017(02)
[5]全球土壤湿度的记忆性及其气候效应[J]. 李若麟,保鸿燕,李课臣,王澄海. 冰川冻土. 2016(06)
[6]青藏高原春季土壤湿度与我国长江流域夏季降水的联系及其可能机理[J]. 王静,祁莉,何金海,吴志伟. 地球物理学报. 2016(11)
[7]青藏高原多年冻土区土壤冻融过程对地表能量通量的影响研究[J]. 葛骏,余晔,李振朝,解晋,刘川,昝蓓蕾. 高原气象. 2016(03)
[8]青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系[J]. 李登宣,王澄海. 冰川冻土. 2016(01)
[9]WRF-WSM3微物理方案在青藏高原地区暴雪模拟中的改进及试验[J]. 王坤,张飞民,孙超,王澄海. 大气科学. 2014(01)
[10]关于亚洲夏季风爆发的动力学研究的若干近期进展[J]. 吴国雄,段安民,刘屹岷,颜京辉,刘伯奇,任素玲,张亚妮,王同美,梁潇云,关月. 大气科学. 2013(02)
本文编号：3057326
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