【摘要】：巴丹吉林沙漠(BJD)是世界上沙丘高度最大的沙漠,其東南部分布著大量湖泊,形成沙山與湖泊相間分布的地貌格局。由于受交通與環(huán)境的限制,在沙漠腹地進(jìn)行觀測試驗(yàn)難度較大,相關(guān)科研資料缺乏,導(dǎo)致湍流特征及蒸發(fā)量研究存在不足。本文選擇在沙山與湖泊,利用渦動(dòng)相關(guān)系統(tǒng)觀測近地層湍流運(yùn)動(dòng),從湍流的角度分析地-氣之間湍流輸送及物質(zhì)交換特征,并計(jì)算沙山和湖面蒸發(fā)量。以期能補(bǔ)充該地區(qū)相關(guān)研究,為巴丹吉林沙漠湖泊水循環(huán)研究提供基礎(chǔ)依據(jù)。針對(duì)湖-山相間分布的地貌格局下湍流輸送特征,選取沙山和湖面上同期觀測到的湍流資料,對(duì)比研究了兩種下墊面上近地層湍流相關(guān)參數(shù)和輸送特點(diǎn)。結(jié)果表明陸面和湖面上的摩擦速度具有明顯的晝夜變化,湖面上的摩擦速度要小于陸面。近地層大氣湍流場有晝夜及季節(jié)變化,大氣穩(wěn)定度存在一定的差異。由于湖泊的存在,使局地大氣層不穩(wěn)定性加劇,加強(qiáng)了大氣湍流強(qiáng)度,改變了局地大氣流場。感熱輸送系數(shù)(CH)和動(dòng)量輸送系數(shù)(Cd)有明顯的日變化,在同一種下墊面上,感熱輸送系數(shù)大于動(dòng)量輸送系數(shù),在沙漠腹地地-氣湍流通量交換中,感熱交換比較活躍,湖-氣界面上感熱輸送比動(dòng)量輸送重要。陸面和湖面湍流三維風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)差與穩(wěn)定度之間均滿足1/3次方律,滿足普適函數(shù),但湖面和陸面函數(shù)系數(shù)存在差異。湍流的Monin-Obukov相似理論在沙漠腹地基本能適用,局地各向同性理論同樣滿足。湍流協(xié)譜分析表明湖泊和周圍沙山之間存在熱量和水汽交換,并且均存在水汽向下輸送的現(xiàn)象；湖面上各尺度湍渦對(duì)水汽通量輸送的貢獻(xiàn)大,而陸面則反之,各種尺度湍渦對(duì)感熱通量輸送的貢獻(xiàn)大。湖一山相間的地貌格局對(duì)湍流輸送產(chǎn)生影響。為了進(jìn)一步探討地-氣之間能量與熱量交換,通過分析觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),陸面和湖面輻射收支和湍流熱通量存在差異。由于陸面和湖面性質(zhì)不同,地表短波輻射(UR)和地表長波輻射(ULR)存在明顯不同,導(dǎo)致輻射能量分配出現(xiàn)差異。湖泊儲(chǔ)存能量的能力遠(yuǎn)大于裸露的陸面,加劇本地區(qū)地表能量分布的不均。除去兩站的海拔的差異,巴丹吉林沙漠腹地這些湖泊得到的凈輻射比裸露的陸面要大,湖泊在能量收支中的“綠洲效應(yīng)”明顯。在陸面上是感熱通量大,潛熱通量小,感熱通量和潛熱通量變化趨勢一致；而湖面則是以潛熱通量傳輸為主,感熱通量小,感熱通量和潛熱通量呈負(fù)向變化。從能量平衡的角度來說,陸面吸收的太陽輻射主要用來加熱大氣和地表的土壤,而湖面吸收的太陽輻射熱量主要是用來湖水蒸發(fā)。巴丹吉林沙漠中這些湖泊與沙山相間分布,在局地環(huán)流的作用下,有利于湖泊的水汽向沙山上輸送,同時(shí)周圍的沙山的存在,也有利于水汽的截留。陸面的土壤熱通量占太陽凈輻射很大的比例,土壤熱儲(chǔ)存的作用不可忽視,陸面上能量平衡能達(dá)80.90%；湖面平均湍流熱通量要大于湖泊獲得的凈太陽輻射能,湖泊補(bǔ)給帶來的能量不可忽視。兩種下墊面上地-氣間能量及熱量交換存在明顯差異。湖面和沙山蒸發(fā)速率差異較大。在湖.山地貌格局下,湖泊對(duì)局地水汽產(chǎn)生“綠洲效應(yīng)”,湖面上的暖濕氣流輸送到周圍的沙山,能加強(qiáng)了沙山的降水,但湖泊并不能直接增加湖面的降水量和降水強(qiáng)度。沙山的降水決定了其蒸發(fā)量的大小,沙山的降水入滲對(duì)地下水和湖泊補(bǔ)給貢獻(xiàn)不大,湖泊補(bǔ)給主要是靠地下水補(bǔ)給。湖面上一年蒸發(fā)量累計(jì)可達(dá)1450 mm,是同期降水的十幾倍,湖泊蒸發(fā)量可以用互補(bǔ)模型進(jìn)行估算。對(duì)湖泊日蒸發(fā)量進(jìn)行回歸分析,最佳擬合方程是E=e0.1+0.24*(1-RH2)1/2*VPD*u[0.85*u/(u+2)]。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P339;P422.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2770690