[00334185]藏东南地区复杂下垫面地气交换观测研究

项目试验观测、理论分析与数值模拟相结合,针对藏东南复杂下垫面地气交换过程,突破以单点分析结果代表区域地气间大气和能量交换过程的传统思路,在研究区域典型下垫面上设计并开展地气交换多点组网同步试验观测,系统研究了复杂下垫面地气交换特征;利用多点组网观测信息综合描述复杂下垫面地气交换特征,为复杂下垫面地区数值模式地气交换过程参数化方案改进提供观测依据,提高数值模式在复杂下垫面地区的适应性;利用多点组网同步试验观测资料,探索地气交换过程从“点”到“面”的升尺度转化,为解决地面“点”观测与卫星遥感“面”观测不协调问题提供新思路,构建复杂下垫面地区卫星遥感检验与订正模型,为复杂下垫面地区卫星遥感产品应用提供技术支撑。主要成果如下： 1．藏东南野外观测试验与数据集。在藏东南雅鲁藏布江河谷典型下垫面上开展为期2个月地气交换观测试验,通过整编获取的地面气象过程、近地面大气物质能量交换、大气边界层与对流层结构、土壤温湿度等观测资料并形成数据集。 2．藏东南典型下垫面地气相互作用过程特征研究。利用试验观测资料开展了不同下垫能量收支和能量分配特征研究,计算藏东南地区动力和热力粗糙度系数、动量和热量输送系数并分析其日变化特征,初步掌握了藏东南地区地气相互作用参数变化特征,表明藏东南地区地气交换具有明显的不均匀性。 3．藏东南地区复杂下垫面地气交换过程的数值模拟与评估。利用WRF模式对常用的陆面方案及边界层参数化方案在藏东南地区的适用性进行了评估,模拟研究了藏东南地区复杂下垫面的地气交换过程。对比分析了不同下垫面感热、潜热、地表热通量、动量输送系数和感热输送系数、辐射、反照率等变量的模式模拟值与观测计算值的差异,分析了ACM2、YSU、Boulac、MYJ和QNSE等5种边界层参数化方案在该地区的适用性。通过对比地表净辐射、感热、潜热通量模拟值与观测值的差异,评估了5-layer thermal、NOAH、NOAH-MP、RUC、CLM4、PX等不同陆面方案在藏东南草地下垫面上地气交换模拟中的适用性。 4．藏东南地区复杂下垫面卫星遥感产品验证评估与订正。依据野外试验观测资料,针对复杂下垫面混合像元难题,提出了基于多点同步观测数据的MODIS地表温度面积加权法;开展了青藏高原及邻近地区MODIS卫星、NOAA卫星、FY-2E卫星等遥感地表温度、大气可降水量评估;构建并验证了基于MODIS地表温度的地表温度估算统计模型、基于遥感地表温度的高山草甸地温年月平均和瞬时值统计模型、基于遥感地表温度的夜间高山草甸气温年月平均和瞬时值平均统计模型、低海拔地区FY-2E-TPW订正模型;开展了MODIS卫星反演显热通量常用的空气动力学阻抗模型适应性评估,同时分析了作物高度估算精度对空气动力学阻抗的影响。 5．藏东南地气交换过程与南亚夏季风的关系。基于藏东南地区进行的地气交换观测试验资料,结合大尺度环流资料,研究了藏东南复杂下垫面状态下地气交换总体特征及其与南亚夏季风的关系,研究表明南亚夏季风主要通过调整局地的大气辐射、热力和水气状况等对藏东南地区的地气交换过程产生重要影响。研究成果初步揭示了东亚夏季风与藏东南地区地气交换过程的影响机制,可为藏东南及高原复杂地区天气气候预报预测与数值模式改进提供思路。