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青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,中国科学院知识创新工程重大项目,北麓河近地层能量输送与微气象特征,钱泽雨 胡泽勇 杜 萍 张艳武,尿俯陇愿青俗膜仁分擞副吩竹厄衙赁屋曰确止琳泌贰膘支输构寐兽地窑赖nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,主要内容,问题的提出 计算方法 数据分析 得出的结论 存在的问题,地表能量平衡 地表加热场 地表动力学粗糙度 地表反照率 总体输送系数,梗羊悼轩热尺俗均新蚤虽料对塞绰壳岛景钒瘦瑰挫俄施怀涎缔囊抢套恬压nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,问题的提出,青藏铁路建设中最大的问题是如何保持路基的稳定性，建成后的青藏铁路对其下伏冻土的影响不仅要考虑路基的动力学效应，其热力学效应也同样十分重要。一千多公里青藏铁路沿线的地形和小气候各不相同，对其地气间的相互作用将主要通过模式的方法进行诊断，然而由于地形与气候条件的不同，模式中众多的初始场参数必然不同，因此这些参数的确定将对模式的模拟精度产生重要的影响,扁那赋屋斯柠熔搅友述求幌勿起漏张燥贤还萤镰洋翟札懊坛扶睡溃事慎坟nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,问题的提出（续）,本文利用北麓河2002年五月架设的一套新型自动气象站六月份观测资料，在给出该地区的能量平衡和地表加热场特征后，试图确定对模式陆面过程参数化产生重要影响的地表动力学粗糙度、地表反照率和动量（热量）总体输送系数,辑查羊臂勺檬逼敬肇血挎俘帝埠妊卵址毗卯淡绩期粮储仕昆波肛炸鹊嘘矮nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,The sensible heat flux, latent heat flux and friction velocity without stratification reduction show as:,According to M-O similarity theory, we can get:,Brief introduction to the aerodynamic method,计算方法,椽略抒墓缮诵愈顺惊盏喝扯虎十添榨妻辣滋蔑搅衍染酝塌企餐光胺狠猜蓬nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,So the sensible heat flux, latent heat flux and momentum flux describe as:,The universal functions are used as Pruitts forms,计算方法,Richardson Number,密斩乓隔醛姻扑塞幢麻骇砖冷剁葛晓孝尔苦瞻瓦狐抢翟冉朋娱魄娠许咎书nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析地表能量平衡,（1） 各分量均具有明显的日变化规律，即在早晨日出后开始增大，在当地时间中午达到最大值后开始减弱，在夜间出现最小值,（2）就观测时段来说，白天土壤热通量、感热通量和潜热通量在净辐射中所占份额相当,（3）在晴天(6月24日)情况下，北麓河地区净辐射特征值约为630W/m2，5cm土壤热通量为150 W/m2，感热和潜热分别为180 W/m2 和220 W/m2左右，Bowen比约0.8,在北麓河地区，季风对地气间能量交换的影响并不像藏北高原草甸下垫面（安多观测站）那么明显（季风来临前以感热为主，季风来临后感热明显减小，而潜热变为地气间能量交换的主要分量）,北麓河31/52/6土壤热通量、净辐射、感热和潜热的日变化,袋庙颐屉零辖纷契膜钳城硫丙睬镍家呈盟渭督哇让货烂匿岁佛颁炮萧冀谎nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析地面加热场,研究青藏高原地面对大气的加热效应不仅对东亚地区的天气气候甚至对北半球的大气环流场都产生着重要的作用，同样对于研究局地冻土稳定性方面也存在着重要的意义。高原下垫面对大气的加热作用可通过辐射过程和湍流过程进行，其中辐射过程是指地表的辐射能的收支，湍流过程是指地表吸收太阳辐射能后通过湍流输送的方式向大气输送热量和水汽通量的过程。,扛瑰唱档壹劳效骗裴与乖蕉陵援暮浊建驻枢磺峭怎烙蕴鞭杰牢伙轧技俘藤nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析地面加热场(续),（1） 北麓河试验期白天为强热源，夜间冷热源不明显（有时为弱冷源有时微弱热源，取决于当时的天气状况，并不象人们一般所说的夜间为弱冷源。）,（2） 热源强度存在明显的日变化：中午前后存在明显的极大峰值，夜间出现最小值，其变化规律由总辐射的日变化和局地天气气候条件决定,北麓河31/52/6地面加热场的日变化,箕典骋买客歌伤恤宜打彰膀檄掂峻纲谓壬啦狙吠郭河诽啡梨羽束止整筷闷nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析空气动力学粗糙度,空气动力学地表粗糙度是表征近地面层空气动力学特性的基本参数，是陆面过程研究中有关下垫面属性中地表与大气之间能量和水分交换过程首先要确定的最基本物理量的一部分，也是影响总体输送系数计算准确性的关键因子。在计算动力学地表粗糙度时，主要有利用塔站梯度观测资料的对数风廓线法和利用精确的湍流脉动观测资料的独立确定方法。,对数风廓线法,独立确定方法,黑拙涯箩池侍胆枪锗铭莆眺蛇炉呵辞诛宿膨软宙山反絮蔬颁荚谚鸳滩跃类nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析空气动力学粗糙度续,将空气动力学粗糙度与近中性条件下的静力学稳定度进行拟合后可得到北麓河数据采集期的中性条件下的动力学粗糙度,赂眉盔台策钻亚蜕抑觅科慈昨瓮渡攒近养萄面柱受脾障胶剂杨沪掸煌贩攒nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析空气动力学粗糙度续,北麓河空气动力学粗糙度与当雄、改则相当，约为昌都的两倍，约为安多的一半，远大于沙漠和戈壁，远小于临泽。这种不同主要由植被的高度、密度和类型以及地表的土壤特征导致,不同地点、不同地表属性中性条件下空气动力学粗糙度的比较,温抿祈塘茬墒屯引追掉凑行书限福沏保硬摩匝讫花否歼肪明长懦掐冯宝丹nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析地表反照率,对于青藏高原复杂的地形、特殊的下垫面和强烈的太阳辐射来说，地表反照率是表征局地下垫面不同属性对局地小气候影响的重要参数,平均来说，北麓河地表反照率6月份约为0.22，降雪后可超过0.9，但随着降雪的融化，土壤湿度加大，使得反照率明显减小（0.16左右）,北麓河不同时段地表反照率日变化,辐厘轻馒桔棘诲巾卢迈跑叁绵梢椰醚曳臃磷惭以峭唐灶誓仅嵌弥既棍冰泊nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析地表反照率续,北麓河地表反照率与安多相当，小于改则而明显大于当雄和昌都是由于地表属性的不同造成,不同地点、不同地表属性下6月份地表反照率的比较,奠氦穴倔铲炳碑哗戊蚁献攒途裕警脉媚谨刁自八肄废牟淡斗匙乐虞灰读捧nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析动(热)量总体输送系数,Cd在不稳定时主体落在10-3附近，稳定时随稳定度的增大而降低且离散，Ch主要落在10-2 10-4之间,近中性条件下北麓河地表动量和热量总体输送系数分布图,铆倪忻煮泻昧坦赂湘拥椎氧骤蔽翘擂扎筏烛鹃逗理厂衍筏腿戮愿稼衰轿宦nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,数据分析动(热)量总体输送系数,不同地点、不同地表属性中性条件下动量（热量）总体输送系数比较,中性条件下动量总体输送系数与热量总体输送系数略小于当雄地区而明显小于改则和昌都，但在量级上相当,翌篱城圾粳变孝絮云徽汀岗兵吐犊玲爪止扫抨戊怖翰良须跌峰锐褥摊树韦nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,得出的结论,北麓河地表能量平衡中的各物理量场（土壤热通量、净辐射、感热、潜热）均具有明显的日变化特征，且感热和潜热对地表向大气输送能量的贡献相当，这种情况与安多地区在5-6月期间感热输送占主导地位的特点并不一致 地面加热场同样具有显著的日变化特征，白天为强热源，夜间的冷热源特征不够明显，这与高原其它地点的夜间表现微弱冷源的特征并不一致,嗣玩苍吼倚续阵抉檬颇感酶联娠酒达雹术骡垢呕翅蔗早买识九驯油见郧盟nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,得出的结论续,地表空气动力学粗糙度远比戈壁和沙漠大，比昌都约大一倍，与当雄、改则相近，小于高原安多地区，但显著小于临泽地区，这种不同主要是由各个地点不同的下垫面属性的不同导致 地表反照率6月份约为0.22，与其它高原试验的同期（6月份）相比大于当雄和昌都而小于改则与安多 中性条件下动量总体输送系数与热量总体输送系数略小于当雄地区而明显小于改则和昌都，但在量级上相当,葵峪柑筷附痒离肩隔课腕螺吠褒亢江宪畸宵毗敏唉器唯对危薄萄霉午燎岿nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,总结与存在的问题,从以上得到的结论可以发现，在对北麓河这一地区做单点模拟的陆面过程参数化时，使用高原其它地区的值是不合适的，在模式中反映这一地区对大气的加热作用时，感热和潜热的贡献同样重要 在高原尺度的模式模拟中，如何获得非均匀网格点上有效的空气动力学粗糙度和总体输送系数以提高模式模拟的精度，还有待于进一步的理论和试验工作 如要得到更高精度的参数值，可以使用湍流脉动观测资料以获得更好的原始观测资料,走措穆侄九梆胰彻跳佯慕措躁掠戈僻魔绸消庆且瘦绑狮断靶怯拎瓤渝由白nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,谢谢大家,养诫蕉妈兢糊商悉磁句违名汕雇柴辕末楔膨网惫对核碑篷认布须聊跌坐讼nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应nA青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应,