藏北高原非均匀下垫面大气边界层及其对亚洲季风的影响和响应研究

本项目聚焦于藏北高原非均匀下垫面大气边界层和陆面过程等问题，应用试验观测、事实分析、陆面过程参数化和中尺度数值模拟研究相结合的研究方法，分析研究非均匀下垫面动力非均匀作用和热力非均匀作用及其对大气边界层的影响，探索藏北高原地区陆面过程参数的尺度转化，初步建立藏北高原陆面过程参数化方案，改进陆面过程模式并与中尺度模式耦合，研究藏北高原非均匀下垫面大气边界层及其对亚洲季风的影响与响应，试图初步揭示高原非均匀下垫面大气边界层对区域气候的影响以及气候变化对高原非均匀下垫面大气边界层的反馈，希望为青藏高原水资源利用、生态环境保护和气候预报提供理论依据，并对提高青藏高原及其临近地区天气和气候的预报与预测水平有所贡献。

根据项目研究内容和任务，通过试验观测、事实分析、陆面过程参数化和中尺度数值模拟研究相结合的研究方法，分析研究了藏北高原大气边界层结构、研究了藏北高原纳木错地区地表通量的空间代表性，分析了非均匀下垫面的动力和热力非均匀作用；改进了陆面过程动力学粗糙度和热力学粗糙度参数化方案，并耦合WRF模式模拟研究了季风对青藏高原地区地气交换过程的影响。获得的主要结果如下：. 利用野外试验获得的无线电探空资料和风廓线资料研究了藏北高原大气边界层结构特征，揭示了藏北高原大气边界层结构的季节不同，春季边界层高度较高可达到3-4 km，夏季较低为1-2 km，大气边界层的发展与大气稳定性层结有直接关系，冬季对流层折叠事件多发与对流层稳定层结直接相关，冬季高原对流层相当稳定更有利于干热涡旋向上输送，这种不稳定伴随着对流层折叠也潜在的证明了深厚边界层的形成原因；其次，由高原地表干加热引起的对流和旺盛的垂直混合造成对流边界层内大气温度的垂直递减率显著大于干绝热递减率，到下午，干热对流更容易到达对流层顶；再者，由西风急流切变引起的机械湍流也有助于位温的混合，从而造成深厚大气边界层；利用边界层风廓线雷达分析大气边界层结构的日变化特征,揭示了边界层内大气的垂直运动和水平运动特征。.研究了藏北高原那曲地区和纳木错地区地表通量的空间代表性，分析了非均匀下垫面的动力和热力非均匀作用，指出测站周围不同土地利用类型对地表通量的贡献不尽相同，并就动量通量、感热通量、潜热通量和二氧化碳通量数据质量的空间代表性逐一进行了分析，明确了各种不同下垫面类型对通量的非均匀作用。利用遥感资料（MODIS资料）分析得到的景观异质性，讨论了不同观测站周围植物功能型 信息熵和增强型植被指数方差对地表能量的影响，揭示了青藏高原不同非均匀下垫面地区对地气相互作用的影响。. 通过收集整理、评估了青藏高原那曲站等四个通量站地表通量（辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量）数据，初步建成了一个青藏高原地表能量观测资料数据库。. 改进了陆面过程动力学粗糙度和热力学粗糙度参数化方案，提高了陆面模式的模拟性能；将改进了陆面过程动力学粗糙度和热力学粗糙度参数化方案的Noah-LSM陆面模式耦合中尺度模式WRF，模拟了季风对青藏高原地区地气交换过程的影响，揭示了青藏高原季风期土壤湿度和降水对地气相互作用的影响。