發(fā)布時間：2020-06-07 04:43

【摘要】：大氣邊界層作為地氣之間物質、能量交換的重要橋梁,在天氣和氣候尺度的大氣調整中發(fā)揮著重要的作用,在極端天氣和氣候事件中扮演著重要的角色。因此從大氣邊界層的角度去認識干濕變化具有重要意義。論文利用現有觀測資料、CRU格點資料以及ERA-Interim、ERA-20C再分析資料,分析了ERA-20C再分析資料在干旱半干旱區(qū)的適用性,對東亞干旱半干旱區(qū)及其不同子類型氣候區(qū)、不同季節(jié)的邊界層高度變化特征以及干濕變化特征進行了綜合分析,探討了東亞干旱半干旱區(qū)及其不同子類型氣候區(qū)、不同季節(jié)影響邊界層高度變化的主要因子,揭示了干旱半干旱區(qū)邊界層高度變化對干濕變化的影響,為深入了解干濕變化及其預測提供了更多的信息,為更好地認識干旱問題、改善干旱半干旱區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境提供了科學依據。主要研究結果如下:ERA-20C資料中的邊界層高度BLH、溫度T、降水量P數據,與同期獲得的實際觀測資料、ERA-Interim資料、CRU資料中的邊界層高度BLH、溫度T、降水量P數據,進行了對比分析,發(fā)現其空間分布、時間變化的特點較為一致。ERA-20C與ERA-Interim的BLH、與CRU的T、與CRU的P計算的相關系數依次為0.9695、0.9972、0.9570,平均絕對誤差依次為86.8142 m、0.8593℃、3.5774 mm,均方根誤差依次為122.3089 m、1.0622℃、5.0457 mm,差異較小。說明ERA-20C再分析資料在干旱半干旱區(qū)具有較好的適用性,可以用來進行干旱半干旱區(qū)的相關研究。東亞干旱半干旱區(qū)BLH呈現出以西部極端干旱區(qū)為高值中心向四周遞減的經向扁平的分布形勢。1900~2010年,BLH整體呈升高趨勢,從子類型氣候區(qū)來看,BLH的升高是所有氣候區(qū)共同作用導致,其中干旱-半干旱過渡區(qū)、半干旱區(qū)、半干旱-半濕潤過渡區(qū)貢獻最大,依次為22.74%、23.74%、22.05%;從季節(jié)來看,BLH的升高是所有季節(jié)共同作用導致,其中夏季貢獻占主導地位,為58.50%。干旱指數AI、降水量P、潛在蒸發(fā)量PET呈現出以西部極端干旱區(qū)為低值、低值、高值中心向四周遞增、遞增、遞減變化的經向扁平的分布形勢。1900~2010年,AI呈減小趨勢,P呈減小趨勢、PET呈增大趨勢,從子類型氣候區(qū)來看,AI的減小,是干旱區(qū)、干旱-半干旱過渡區(qū)、半干旱區(qū)、半干旱-半濕潤過渡區(qū)共同作用導致,其中半干旱區(qū)、半干旱-半濕潤過渡區(qū)貢獻最大,分別為34.14%和39.15%;從季節(jié)來看,P的減少是由夏季、秋季所導致,PET的增大是由所有季節(jié)共同作用所導致,均為夏季的貢獻占主導地位,貢獻率分別為76.56%、51.70%�？梢�,BLH與干濕狀況的時空變化及其與各子類型氣候區(qū)、各季節(jié)的關系較為相似。干旱半干旱區(qū)BLH與各熱力因子之間均存在著較好的相關性,其中與潛熱通量Le基本為負相關,與其他熱力因子(氣溫Ta、地表溫度Ts、地氣溫差TsTa、凈輻射rn、感熱通量Hs)基本為正相關;與各動力因子之間的相關性有一定的差異,與粗糙度Rou、地面風速w以及風的u分量(10 m風的u分量u10、100m風的u分量u100、u分量的風切變uQB)存在較好的正相關,與風的v分量(10 m風的v分量v10、100 m風的v分量v100、v分量的風切變vQB)為負相關,但相關性較差。不同子類型氣候區(qū)、不同季節(jié)影響邊界層高度變化的主要熱力因子、動力因子存在差異性。極端干旱區(qū)、干旱區(qū)、干旱-半干旱過渡區(qū)、半干旱區(qū)、半干旱-半濕潤過渡區(qū)BLH主要熱力影響因子依次為Le、Le、Hs、Hs、Hs,相關系數R依次為-0.3859、-0.8078、0.8432、0.8902、0.9119,主要動力影響因子依次為w、Rou、Rou、w、w,相關系數依次為-0.3391、0.4230、0.5298、0.6661、0.6738。春、夏、秋、冬季BLH主要熱力影響因子依次為Hs、Hs、Hs、rn,相關系數依次為0.8194、0.9363、0.5967、0.5704,主要動力影響因子依次為Rou、uQB、u10、Rou,相關系數依次為0.5389、0.5452、0.3026、0.4800。綜合來看,干旱半干旱區(qū)邊界層高度BLH與熱力因子的聯(lián)系比動力因子更為密切。邊界層高度與干濕變化之間存在著密切的聯(lián)系�？臻g分布上,BLH與干濕狀況具有很好的對應性,BLH較高(低)的區(qū)域,對應著AI較小(大)、P較小(大)、PET較大(小)的區(qū)域,即干旱程度較嚴重(輕緩)的區(qū)域。時間變化上,邊界層高度與干濕變化物理量在變化過程中具有較好的一致性。BLH升高(降低),通常伴隨著AI的減小(增大)、P的減小(增大)、PET的增大(減小),氣候區(qū)分界線的向外擴張(向內縮減),干旱半干旱區(qū)范圍的擴大(縮小)。相關分析表明,BLH與AI、P呈負相關關系,與PET基本呈正相關關系,東亞干旱半干旱區(qū)整體以及干旱-半干旱過渡區(qū)、半干旱區(qū)、半干旱-半濕潤過渡區(qū)以及所有季節(jié)中,BLH均與PET的相關程度最大,且PET的變化周期與BLH完全一致。邊界層高度變化對干濕變化存在著影響。邊界層高度變化通過改變邊界層大氣容納水汽的能力對潛在蒸發(fā)量造成影響,即當邊界層高度升高時,大氣邊界層對水汽的容納能力(即邊界層大氣的體積變化)變大,在原有的基礎上,大氣中的水汽密度減小,使得大氣對地表的蒸發(fā)能力增強,潛在蒸發(fā)量增加;而當邊界層高度降低時,大氣邊界層對水汽的容納能力變小,在原有的基礎上,大氣中的水汽密度增大,使得大氣對地表的蒸發(fā)能力減弱,潛在蒸發(fā)量減小。初步的定量估算表明,在極端干旱區(qū)、干旱區(qū)、干旱-半干旱過渡區(qū)、半干旱區(qū)、半干旱-半濕潤過渡區(qū),年際平均BLH每升高(降低)1 m,PET會相應地增大(減小)0.9181mm、1.7518 mm、1.6958 mm、1.2568 mm、1.3690 mm,AI會相應地減小(增大)1.4738*10~(-4)、6.4611*10~(-4)、0.0011、0.0015、0.0020。對于干旱半干旱區(qū)整體而言,年際平均BLH每升高(降低)1 m,PET會相應地增大(減小)1.6600 mm,AI會相應地減小(增大)0.0012,干旱半干旱區(qū)的面積會相應地增大(減小)2.2076*10~4 km~2。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P461

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本文編號：2700863