發(fā)布時間：2020-08-06 10:36

【摘要】：大氣邊界層在整個大氣層中是最重要的部分之一,而且邊界層結構極其復雜,它與天氣、氣候的形成和發(fā)展互相影響。同時,大氣中能量、動量、各類物質在近地層通過邊界層交換。在我們生活的環(huán)境中,邊界層結構不僅有突出的日變化,而且有地表分布不勻稱帶來的空間變化。我國西北干旱荒漠區(qū),處于夏季風影響的邊緣地帶,由于地形復雜,并且干旱區(qū)白天地表強烈的加熱作用,使得該地區(qū)大氣邊界層形成和發(fā)展過程具有明顯的特點。目前,對于西北地區(qū)典型天氣背景下邊界層的發(fā)展消亡過程,該地區(qū)獨特的陸面過程對東亞夏季風進退的響應還有待進一步的深入研究。本文利用1979-2016年ERA-Interim再分析資料,2006年夏季敦煌野外觀測的探空資料,全國661個站點降水資料以及中國西北地區(qū)96個站點1982-2010年逐月地面平均觀測資料,采用了經驗正交函數(EOF)分解、雙線性插值方法、線性趨勢分析、空間相關合成分析以及位溫廓線法研究了西北干旱區(qū)夏季不同典型天氣大氣邊界層特征及其對陸面過程的響應,著重討論了西北干旱、半干旱地區(qū)夏季邊界層高度和近地面溫度與感熱通量的關系,還分析了西北地區(qū)地面感熱場對夏季風進退的響應及其物理機制。得到如下主要結論:(1)夏季晴天對流邊界層厚度可達3.5km,穩(wěn)定邊界能厚度達到900m左右,而陰天對流邊界層厚度能到2.5km,穩(wěn)定邊界層只有200m。造成晴天、陰天邊界層不同的原因主要是熱力因子和動力因子差異。首先,強烈的太陽輻射、較大的感熱通量轉化率使得晴天比陰天熱對流發(fā)展更加旺盛;其次,近地面水平風速晴天的速度比陰天大,這種以湍流形式的動力作用也為晴天邊界層的發(fā)展高度大于陰天提供了一定的動力背景。(2)對流邊界層在發(fā)展初期對凈輻射、地表溫度和感熱通量具有很強的依賴性,但是一旦沖破了穩(wěn)定邊界層的限制,邊界層高度就會迅速增長。凈輻射、地表溫度以及感熱通量的日變化過程基本上和邊界層的厚度有契合的對應關系,但是邊界層的發(fā)展過程在時間上與這三者均表現出一定的滯后性,這可能與能量的轉化和傳輸有關。(3)夏季西北干旱、半干旱地區(qū)感熱通量強度的LV1為東-西反向型,PC1反映感熱通量變化強度的變化趨勢在1998年左右發(fā)生轉折,1998年以后西(東)部感熱通量開始增強(減弱)。LV2表現出東、西部感熱通量強度的一致性,但是負值顯著區(qū)域在東部,PC2從90年代初期轉為負,進入21世紀后有正有負。(4)夏季西北干旱半干旱地區(qū)近地面2m溫度自1980年開始為顯著的增加趨勢(0.057℃/a),在1998年左右近地面溫度發(fā)生突變。夏季近地面溫度的變化與感熱通量有關,在感熱通量更大的西北干旱區(qū)尤為明顯,感熱通量的大(小)導致大氣熱對流發(fā)展強(弱),垂直擴散加熱率強(弱),進一步影響近地面溫度的增加(減小)。在西北的東部地區(qū)處于夏季風過渡區(qū),陸面特性顯著,陸面過程復雜。(5)夏季由于獨特的陸面過程和邊界層空間分布,在西北干旱、半干旱地區(qū)對流層下層為上升運動,對流層上層為下沉運動,這是由于該區(qū)域夏季陸面感熱和對流層低層的垂直擴散加熱率很強,輻射冷卻無法平衡垂直擴散加熱,只能靠絕熱上升冷卻來平衡,600hPa以上輻射冷卻起主要作用,因此主要靠絕熱冷卻下沉來平衡。(6)夏季風向北推進越快、向南撤退越慢,對西北地區(qū)感熱通量強度的發(fā)展有抑制作用。向北推進越慢、向南撤退越快,對西北地區(qū)感熱通量強度的發(fā)展有促進作用。造成這種現象的機理是:西北地區(qū)感熱異常與大范圍的大氣環(huán)流有關,在西北感熱強(弱)年,西太副高的位置就偏東(西),而副高位置的不同影響環(huán)流形勢導致水汽輸送變化。從水汽通量來分析,感熱異常強年我國主要受日本海和長江淮海流域水汽的影響,夏季風過渡區(qū)沒有充足的水汽;感熱異常弱年我國中、東部受日本海、東海和長江淮河流域水汽影響,南部受來自南海的水汽影響。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P421.3;P425.42
【圖文】：

敦煌觀測站的探測場位置經緯度為40°9′N和94°41′E，海拔是11均大氣壓為 873hPa，觀測場的下墊面以荒漠為主，能很好的反候特征（朱德琴，陳文等，2006）。站點布局及觀測數據站位于敦煌干旱區(qū)，試驗通過氣象塔和超聲儀器對風、溫、濕等通量進行探測，同時設有 GFE（L）1 型測風雷達和 GTS1 型數空高度最高為 8.6km，這些觀測每 10m 進行一次數據記錄，溫度，氣壓誤差僅為 10hPa，濕度誤差從之前的 10%縮小為 5%。本次 6 月 28 日至 7 月 17 日每天觀測 8 次，平均每次觀測的間隔為兩小 07:00 至夜間 21:00 時結束（以上時間均為北京時間）。采用位界層高度相對可靠而且邊界層內比濕的分布也很有研究意義，所氣壓（hPa）、溫度 T（oC）以及相對濕度 （%）轉化成對應的位溫 θ（k）、和比濕 q（g·kg-1）。

陰天大氣邊界層結構的差異期間，2006 年 7 月 5 日至 7 日有一次弱降水過程，7 月 其他時間為晴空天氣。為了進一步對比晴天、陰天大氣邊 3.1 是整個觀測期間大氣邊界層的日際變化，在這 20 天定邊界層高度都較陰天的高，晴天對流邊界層超過 3km的一半，其中有 2 天的高度甚至接近 4km，陰天日整體對晴天穩(wěn)定邊界層高度基本在 1km 左右，而陰天的高度穩(wěn)定可見天氣變化對邊界層高度有舉足輕重的影響。本文選取 日陰天為研究樣本，因為此兩日前后的天氣都為連續(xù)晴天具有代表性。位溫屬于判斷大氣邊界層特征的重要因子（2）。由于局地風受地形影響較明顯，風速廓線法并不是很線法在未引入假設前提下，用觀測資料計算邊界層的高0）

圖 3.2 敦煌荒漠區(qū)夏季晴天、陰天大氣邊界層位溫廓線特征(a.07:00, b.09:00, c.11:00, d.13:00, e.15:00, f.17:00, g.19:00, h.21:00)圖 3.3 為晴天、陰天大氣對流邊界層、穩(wěn)定邊界層、殘余層以及夾卷層頂高度的日變化特征。從圖中可以發(fā)現，晴天和陰天對流邊界層均從早上開始增長，至午后 15:00 左右厚度發(fā)展到鼎盛，17:00 以后開始出現衰退趨勢。陰天時，對流邊界層發(fā)展早于晴天時，這可能由于前一晚云層的逆輻射使得第二天早上地面溫度高于晴天，反而比較有利于早晨對流邊界層的形成。晴天、陰天的穩(wěn)定邊界層均是晚上 19:00 開始逐漸形成，晴天穩(wěn)定邊界層至第二天早晨 09:00 能發(fā)展到950m 左右的高度，但是 09:00 以后漸漸消失，對流邊界層從 11:00 開始迅速成長，一旦沖破穩(wěn)定邊界層到達殘余層后就會非常順暢的發(fā)展（韋志剛，陳文等，2010）。相比之下，陰天時夜間穩(wěn)定邊界層發(fā)展強度偏小，究其原因，是因為云層的作用減緩了大氣的輻射冷卻強度，很不利于穩(wěn)定邊界層的擴展。不管是殘余層

【參考文獻】

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本文編號：2782258