论文摘要
南极冰盖表面冰/雪-气相互作用过程,是制约我们认识表面物质平衡和提升极地天气气候预报水平的关键科学问题。因此,东南极冰雪表面能量平衡过程的参数化,有助于更准确的预测南极乃至全球的气候,同时也能为卫星产品和模式评估,提供更可靠的地面验证。基于东南极冰盖典型下降风区的气象长期观测资料和涡动试验,本文评估了能量平衡关键因子（太阳辐射、反照率、长波辐射、感热和冰雪热通量）的不同模拟和计算方法,提出了适用于下降风区的最佳参数化方案。之后,本文模拟了各个能量平衡组分,分析各要素随时间的变化特征与原因,并结合南极其他站点进行了讨论。主要结论如下:1.辐射通量的参数化表明,本下降风区中,（1）Crawford和Laevastu方案分别适合晴空下和全天空条件下太阳辐射的模拟。（2）Greuell方案反照率对比模拟表现最好,但在冬季增强下降风和低太阳高度角的影响下结果会偏低。（3）模拟短波辐射时表明,由于本文高估了某些大气成分的削弱作用,使得模拟短波和净短波辐射总体偏小。总体短波实测值水平是高于低海拔地区的。（4）通过拟合系数提升了向下长波参数化精度,结果表明Dilley和Konzelmann方案分别是晴空和全天空下表现最好的方案。但在云量较大的情况下,方案可能会高估南极云层对于向下长波辐射的反射能力。（5）模拟长波辐射结果显示,辐射呈现出夏高冬低的特征。由于更多的向下和更少的向上长波辐射,净长波辐射损失相比低海拔地区更少,更接近于内陆高原站点的净辐射特征。2.湍流通量的参数化表明,（1）假定动量粗糙度为常值,我们可以计算得到本研究区"#为2.1×10*)。当风向发生偏离时,雪丘的存在会使得表面动量粗糙度显著增大。（2）在稳定大气层结条件下,Businger的方案总体误差最小,但是Beljaars方案在强稳定状态下会显著降低对湍流发展的低估,其物理意义相比前者更加合理。不稳定大气下,Lettau方案则表现更好。（3）由于冬季冰盖表面温度下降使空气受冷,大尺度的压力梯度力与重力共同作用下产生了增强的下降风,产生了明显的风速与温度季节周期。（4）研究区大气总体以感热的形式向雪表输送热量。由于冬季增强下降风、风的垂直混合和雪表面能量平衡的热量补偿作用,感热通量表现为冬高夏低。3.冰雪热通量的参数化表明,（1）雪的低热传导率会滞后下层雪温变化和限制下层温度变幅。从雪温廓线来看,除了11、12和1月,冰雪热通量传输方向整体多指向雪表。（2）模拟有效热传导系数结果表明,经验性参数化方案的结果范围为0.22至0.49 W?m0)?k0);傅里叶拟合位相差方案结果在0.12至0.19 W?m0)?k0);利用迭代参数化方案的结果范围最大,最大值可以达到0.24 W?m0)?k0),最小低至0.0019W?m0)?k0)。（3）根据简化的一维热扩散方程,本文将模拟10cm雪温与实测温度进行验证比较。结果表明迭代参数化的方法误差表现最好,但是不同的时间窗口期会使模拟雪温表现不同。（4）温度变幅散点的相关图中,参数化方案大多高估了温度变化幅度。迭代参数化窗口选取为月和季尺度上显著提升了模拟表现,误差最低。（5）结合对比结果,月或者季尺度为时间窗口时方案结果是最优的。计算冰雪热通量表明,不同时间尺度会使计算值结果不同,也会提前或者滞后最大热通量时间,这对于研究融雪关键区域的积雪变化十分重要。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 杨堤益
导师: 效存德,丁明虎
关键词: 东南极,下降风区,地表能量平衡,冰气相互作用,参数化
来源: 中国气象科学研究院
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 气象学
单位: 中国气象科学研究院
分类号: P433
总页数: 86
文件大小: 17904K
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