Characteristics of Turbulent Transport in Different Areas of Qinghai–Tibet Plateau and Its Relationship with Meteorological Factors
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摘要: 利用第三次青藏高原大气科学观测试验数据,对高原不同地区感热、潜热交换等湍流输送特征进行了分析,并进一步对比研究了其与气象环境因子的相关关系。结果表明:(1)高原各站之间感热和潜热的差异性较大,但大多在雨季潜热会大于感热。干燥的狮泉河站属于高寒荒漠地区,降水极少,全年感热都远大于潜热,波文比年平均值可达到20.0;湿润的比如站和嘉黎站潜热在4~10月均显著大于感热,波文比在4~10月的数值范围在0.27~0.88。(2)高原感热和潜热通量的季节变化与高原季风所处的地理位置有密切关系,高原中部的感热通量在3~5月达到最大值,而高原西部则在4~6月最大,可能与高原季风的活动有关。(3)通过与气象要素的相关分析表明,高原西部狮泉河站感热与地气温差的正相关关系最为显著,全年的相关系数可以达到0.905,在4个季节相关系数也均大于0.79,这可能与下垫面是裸地有关;高原中部安多站和那曲站感热与风速的正相关在夏季最为显著,比如站感热与风速的正相关在冬季最为明显,而狮泉河站感热与风速在春、夏季均有着十分显著的正相关。Abstract: Using the data from the third Qinghai–Tibet Plateau atmospheric science observation experiment, the turbulent transport characteristics of sensible heat flux and latent heat flux exchange in different areas of the plateau and their relationship with meteorological factors were systematically studied. The following results show that: (1) The sensible heat flux and latent heat flux vary greatly among different stations in the plateau, but in most areas, the latent heat flux is greater than the sensible heat flux during the rainy season. Shiquanhe station is a dry alpine desert area with very little precipitation; the sensible heat flux is much greater than the latent heat flux all year, and the average annual Bowen ratio can reach 20.0. From April to October, the latent heat flux is significantly greater than the sensible heat flux in the wet region of Biru and Jiali stations, with the Bowen ratio ranging from 0.28 to 0.88. (2) The seasonal variation of sensible heat flux and latent heat flux over the plateau is closely related to the geographical location of the plateau monsoon. The sensible heat flux in the central plateau reaches its maximum value from March to May, while that in the western plateau reaches its maximum value from April to June, which may be related to the activity of the plateau monsoon. (3) The correlation analysis with meteorological elements shows that the sensible heat flux in the Shiquanhe station of the western plateau has the most significant positive correlation with the temperature difference between ground and air, and the correlation coefficient for the entire year can reach 0.905, and the correlation coefficients were all greater than 0.79 in the four seasons, which may be related to the fact that the underlying surface is bare. The positive correlation between sensible heat flux and wind speed at the Anduo and Naqu stations was strongest in the summer; the positive correlation between sensible heat flux and wind speed at the Biru station was strongest in the winter, and the positive correlation between sensible heat flux and wind speed at the Shiquanhe station is strongest in the spring and summer.
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Key words:
- Qinghai–Tibet Plateau /
- Turbulent transport /
- Meteorological factors
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表 1 青藏高原6个观测场地的地理位置信息
Table 1. Geographical location information of the six observation sites on the Qinghai–Tibet Plateau
场地位置 经纬度 海拔高度/m 下垫面类型 安多 32.2°N,91.6°E 4695 高寒草甸 狮泉河 32.5°N,80.1°E 4350 荒野戈壁 班戈 31.4°N,90.1°E 4700 高寒草地 比如 31.5°N,93.7°E 4408 高山草地 嘉黎 30.7°N,93.2°E 4509 高山草地 那曲 32.4°N,91.9°E 4509 高寒草地 表 2 2014年8月到2015年12月青藏高原6个站点的月平均感热通量
Table 2. Monthly mean sensible heat flux of the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015
感热通量/W m−2 安多 那曲 班戈 比如 嘉黎 狮泉河 2014年8月 ― ― 18.06 ― ― ― 2014年9月 ― ― 20.66 ― ― ― 2014年10月 ― ― 29.23 18.51 23.65 39.51 2014年11月 ― ― 18.35 20.99 22.03 23.52 2014年12月 ― ― 4.76 9.96 16.96 15.41 2015年1月 21.27 12.48 20.01 2.13 17.09 21.44 2015年2月 49.98 41.20 22.00 19.75 22.75 30.42 2015年3月 66.77 63.66 40.30 28.42 26.80 42.09 2015年4月 55.46 57.23 43.37 25.55 27.91 62.61 2015年5月 71.11 64.53 51.82 30.52 26.76 69.70 2015年6月 50.93 49.86 49.92 21.11 20.59 64.44 2015年7月 41.08 50.28 46.42 23.05 22.82 46.67 2015年8月 34.68 35.42 ― 24.03 21.66 46.83 2015年9月 49.17 37.71 ― 16.45 20.05 52.65 2015年10月 47.05 53.27 ― ― ― ― 2015年11月 40.14 42.28 ― ― ― ― 2015年12月 30.35 37.41 ― ― ― ― 年平均 46.50 45.44 30.41 20.04 22.42 42.94 注:―表示无观测数据,下同。 表 3 2014年8月到2015年12月6个站点的月平均潜热通量
Table 3. Monthly mean latent heat flux of the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015
潜热通量/W m−2 安多 那曲 班戈 比如 嘉黎 狮泉河 2014年8月 ― ― 64.72 ― ― ― 2014年9月 ― ― 58.87 ― ― ― 2014年10月 ― ― 17.09 28.64 29.87 2.85 2014年11月 ― ― 3.09 13.03 12.08 0.66 2014年12月 ― ― 5.65 5.07 7.34 0.56 2015年1月 10.64 25.60 5.47 5.52 8.75 1.07 2015年2月 5.63 12.10 2.63 9.75 10.95 1.47 2015年3月 9.29 13.68 4.25 13.65 16.10 3.17 2015年4月 25.66 27.93 18.03 38.83 31.62 0.97 2015年5月 31.68 42.13 17.09 52.77 49.19 3.28 2015年6月 71.77 82.06 34.65 76.08 71.58 9.33 2015年7月 73.36 83.56 34.90 79.03 77.29 13.67 2015年8月 56.52 80.86 ― 61.9 62.44 18.21 2015年9月 48.45 68.88 ― 61.33 65.29 5.42 2015年10月 10.78 23.92 ― ― ― ― 2015年11月 3.93 8.39 ― ― ― ― 2015年12月 2.83 7.80 ― ― ― ― 年平均 29.21 39.74 22.2 37.13 36.88 5.05 表 4 2014年8月到2015年12月6个站点的月平均总热通量
Table 4. Monthly mean total heat transfer of the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015
总热通量/W m−2 安多 那曲 班戈 比如 嘉黎 狮泉河 2014年8月 ― ― 82.78 ― ― ― 2014年9月 ― ― 79.53 ― ― ― 2014年10月 ― ― 46.32 47.15 53.52 42.36 2014年11月 ― ― 21.44 34.02 34.10 24.18 2014年12月 ― ― 10.42 15.03 24.30 15.97 2015年1月 31.90 38.08 25.48 7.66 25.84 22.51 2015年2月 55.61 53.30 24.63 29.49 33.70 31.89 2015年3月 76.06 77.34 44.55 42.08 42.91 45.26 2015年4月 81.13 85.16 61.40 64.38 59.53 63.58 2015年5月 102.80 106.66 68.91 83.30 75.94 72.98 2015年6月 122.70 131.93 84.57 97.19 92.17 73.77 2015年7月 114.44 133.83 81.32 102.08 100.11 60.34 2015年8月 91.20 116.28 ― 85.93 84.10 65.04 2015年9月 97.63 106.59 ― 77.78 85.34 58.07 2015年10月 57.83 77.18 ― ― ― ― 2015年11月 44.07 50.67 ― ― ― ― 2015年12月 33.18 45.21 ― ― ― ― 年平均 75.71 85.19 52.61 57.17 59.30 48.00 表 5 2014年8月到2015年12月青藏高原6个站点的月平均波文比
Table 5. Monthly mean Bowen ratio of the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015
波文比 安多 那曲 班戈 比如 嘉黎 狮泉河 2014年8月 ― ― 0.28 ― ― ― 2014年9月 ― ― 0.35 ― ― ― 2014年10月 ― ― 1.71 0.65 0.79 13.85 2014年11月 ― ― 5.95 1.61 1.82 35.89 2014年12月 ― ― 0.84 1.96 2.31 27.61 2015年1月 2.00 0.49 3.66 0.39 1.95 20.07 2015年2月 8.87 3.41 8.38 2.03 2.08 20.72 2015年3月 7.19 4.65 9.48 2.08 1.67 13.28 2015年4月 2.16 2.05 2.41 0.66 0.88 64.64 2015年5月 2.24 1.53 3.03 0.58 0.54 21.28 2015年6月 0.71 0.61 1.44 0.28 0.29 6.91 2015年7月 0.56 0.60 1.33 0.29 0.30 3.41 2015年8月 0.61 0.44 ― 0.39 0.35 2.57 2015年9月 1.01 0.55 ― 0.27 0.31 9.72 2015年10月 4.36 2.23 ― ― ― ― 2015年11月 10.21 5.04 ― ― ― ― 2015年12月 10.73 4.79 ― ― ― ― 年平均 4.22 2.20 3.24 0.93 1.11 20.00 表 6 2014年8月到2015年12月安多站感热与常规气象要素的相关系数
Table 6. Correlation coefficient between sensible heat flux and basic meteorological elements at the Amdo Station from August 2014 to December 2015
与感热的相关系数 潜热 地气温差 平均风速 相对湿度 降水量 年(N=363) −0.155** 0.62** 0.325** −0.366** −0.155** 春季(N=90) −0.339** 0.475** 0.167 −0.560** −0.343** 夏季(N=92) −0.387** 0.735** 0.588** −0.804** −0.372** 秋季(N=91) −0.152 0.342** 0.237* −0.200 −0.041 冬季(N=90) −0.361** 0.776** 0.431** −0.753** −0.121 **表示通过99%的信度检验,有极显著相关;*表示通过95%的信度检验,显著相关;N表示样本数。(下同) 表 7 2014年8月到2015年12月那曲站感热与常规气象要素的相关系数
Table 7. Correlation coefficient between sensible heat flux and basic meteorological elements at the Naqu Station from August 2014 to December 2015
与感热的相关系数 潜热 地气温差 平均风速 相对湿度 降水量 年(N=336) -0.200** 0.599** 0.207** -0.347** -0.163** 春季(N=92) -0.151 0.506** 0.118 -0.500** -0.431** 夏季(N=90) -0.473** 0.795** 0.355** -0.806** -0.236 秋季(N=91) -0.372** 0.507** 0.053 -0.511** -0.235* 冬季(N=49) -0.116 0.156 0.095 -0.590** -0.376** 表 8 2014年8月到2015年12月班戈站感热与常规气象要素的相关系数
Table 8. Correlation coefficient between sensible heat flux and basic meteorological elements at the Bange Station from August 2014 to December 2015
与感热的相关系数 潜热 地气温差 平均风速 相对湿度 降水量 年(N=326) -0.049 0.875** -0.039 -0.148** -0.164** 春季(N=89) 0.045 0.714** -0.198 -0.113 0.002 夏季(N=50) -0.476** 0.755** -0.272 -0.647** -0.572** 秋季(N=91) -0.036 0.711** -0.216* -0.02 -0.051 冬季(N=66) -0.214 0.792** -0.284* -0.213 -0.032 表 9 2014年8月到2015年12月比如站感热与常规气象要素的相关系数
Table 9. Correlation coefficient between sensible heat flux and basic meteorological elements at the Biru Station from August 2014 to December 2015
与感热的相关系数 潜热 地气温差 平均风速 相对湿度 降水量 年(N=298) 0.270** 0.754** 0.224** 0.441** 0.007 春季(N=81) -0.053 0.809** 0.069 0.353** -0.236* 夏季(N=80) -0.036 0.368** 0.101 0.079 -0.213 秋季(N=35) 0.357* 0.368* 0.077 0.183 -0.616** 冬季(N=70) -0.115 0.531** 0.405** 0.478** -0.266 表 10 2014年8月到2015年12月嘉黎站感热与常规气象要素的相关系数
Table 10. Correlation coefficient between sensible heat flux and basic meteorological elements at the Jiali Station from August 2014 to December 2015
与感热的相关系数 潜热 地气温差 平均风速 相对湿度 降水量 年(N=297) 0.159** 0.793** -0.091 -0.112* -0.131* 春季(N=92) 0.246* 0.88** 0.069 -0.458** -0.471** 夏季(N=30) 0.561** 0.779** 0.233 0.056 -0.033 秋季(N=61) -0.146 0.658** -0.248 0.042 -0.083 冬季(N=90) 0.151 0.661** -0.254* -0.427** -0.240* 表 11 2014年8月到2015年12月狮泉河站感热与常规气象要素的相关系数
Table 11. Correlation coefficient between sensible heat flux and basic meteorological elements at the Shiquanhe Station from August 2014 to December 2015
与感热的相关系数 潜热 地气温差 平均风速 相对湿度 降水量 年(N=341) 0.236** 0.905** 0.301** -0.169** 0.050 春季(N=82) -0.349** 0.821** 0.538** -0.718** ― 夏季(N=78) -0.515** 0.825** 0.557** -0.62** -0.279* 秋季(N=61) 0.666** 0.902** -0.091 0.328* ― 冬季(N=90) 0.076 0.796** -0.172 0.068 ― -
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