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青藏高原不同地区湍流输送特征及其与气象因子的关系

李宏毅 肖子牛

李宏毅, 肖子牛. 2022. 青藏高原不同地区湍流输送特征及其与气象因子的关系[J]. 气候与环境研究, 27(4): 533−546 doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21106
引用本文: 李宏毅, 肖子牛. 2022. 青藏高原不同地区湍流输送特征及其与气象因子的关系[J]. 气候与环境研究, 27(4): 533−546 doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21106
LI Hongyi, XIAO Ziniu. 2022. Characteristics of Turbulent Transport in Different Areas of Qinghai–Tibet Plateau and Its Relationship with Meteorological Factors [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 27 (4): 533−546 doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21106
Citation: LI Hongyi, XIAO Ziniu. 2022. Characteristics of Turbulent Transport in Different Areas of Qinghai–Tibet Plateau and Its Relationship with Meteorological Factors [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 27 (4): 533−546 doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21106

青藏高原不同地区湍流输送特征及其与气象因子的关系

doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2021.21106
基金项目: 国家自然科学基金项目91937301、42030611,国家自然科学基金项目91937000,中国气象局预报员专项CMAYBY2019-155
详细信息
    作者简介:

    李宏毅,女,1981年出生,副教授,主要从事气候年代际变化和边界层研究。 E-mail:lihongyi@cma.gov.cn

    通讯作者:

    肖子牛,E-mail: xiaozn@lasg.iap.ac.cn

  • 中图分类号: P404

Characteristics of Turbulent Transport in Different Areas of Qinghai–Tibet Plateau and Its Relationship with Meteorological Factors

Funds: National Natural Science Foundation of China (Grants 91937301 and 42030611), National Natural Science Foundation of China (Grant 91937000), China Meteorological Administration Forecaster Special Project (Grant CMAYBY2019-155)
  • 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。
  • 图  1  青藏高原地区海拔高度及6个边界层观测站的位置分布

    Figure  1.  Altitude of the Qinghai–Tibet Plateau region and the locations of the six boundary layer observation sites

    图  2  2014年8月到2015年12月青藏高原6个站点(安多、那曲、班戈、比如、嘉黎、狮泉河)感热通量的变化

    Figure  2.  Variation in sensible heat flux at Anduo, Naqu, Bange, Biru, Jiali, and Shiquanhe stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015

    图  3  2014年8月到2015年12月青藏高原6个站点潜热通量的变化

    Figure  3.  Variation in latent heat flux at the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015

    图  4  2014年8月到2015年12月青藏高原6个站点总热通量(感热与潜热之和)的变化

    Figure  4.  Variation of total heat transfer flux (the sum of sensible and latent heat fluxes) at the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015

    图  5  2014年8月到2015年12月青藏高原6个站点波文比的变化(包括狮泉河站)

    Figure  5.  Variation in Bowen ratio at the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015 (including Shiquanhe station)

    图  6  2014年8月到2015年12月青藏高原中部5个站点波文比的变化(不包括狮泉河站)

    Figure  6.  Variation of Bowen ratio at five stations in the central Qinghai–Tibet Plateau from August 2014 to December 2015 (Shiquanhe station is not included)

    图  7  青藏高原6个站点感热通量在(a)春季、(b)夏季、(c)秋季、(d)冬季的平均日变化。时间为当地时间(滞后于北京时间2 h)

    Figure  7.  Average diurnal variations in sensible heat flux at the six stations on the Qinghai–Tibet Plateau in (a) spring, (b) summer, (c) autumn, and (d) winter. Time is local standard time (two hours later than Beijing time)

    图  8  同图7,但为潜热通量

    Figure  8.  Same as Fig. 7, but for the latent heat flux

    图  9  同图7,但为总热通量(感热和潜热之和)

    Figure  9.  Same as Fig. 7, but for the total heat transfer (the sum of sensible and latent heat flux)

    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°E4695高寒草甸
    狮泉河32.5°N,80.1°E4350荒野戈壁
    班戈31.4°N,90.1°E4700高寒草地
    比如31.5°N,93.7°E4408高山草地
    嘉黎30.7°N,93.2°E4509高山草地
    那曲32.4°N,91.9°E4509高寒草地
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    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29.2318.5123.6539.51
    2014年11月18.3520.9922.0323.52
    2014年12月4.769.9616.9615.41
    2015年1月21.2712.4820.012.1317.0921.44
    2015年2月49.9841.2022.0019.7522.7530.42
    2015年3月66.7763.6640.3028.4226.8042.09
    2015年4月55.4657.2343.3725.5527.9162.61
    2015年5月71.1164.5351.8230.5226.7669.70
    2015年6月50.9349.8649.9221.1120.5964.44
    2015年7月41.0850.2846.4223.0522.8246.67
    2015年8月34.6835.4224.0321.6646.83
    2015年9月49.1737.7116.4520.0552.65
    2015年10月47.0553.27
    2015年11月40.1442.28
    2015年12月30.3537.41
    年平均46.5045.4430.4120.0422.4242.94
    注:―表示无观测数据,下同。
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    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17.0928.6429.872.85
    2014年11月3.0913.0312.080.66
    2014年12月5.655.077.340.56
    2015年1月10.6425.605.475.528.751.07
    2015年2月5.6312.102.639.7510.951.47
    2015年3月9.2913.684.2513.6516.103.17
    2015年4月25.6627.9318.0338.8331.620.97
    2015年5月31.6842.1317.0952.7749.193.28
    2015年6月71.7782.0634.6576.0871.589.33
    2015年7月73.3683.5634.9079.0377.2913.67
    2015年8月56.5280.8661.962.4418.21
    2015年9月48.4568.8861.3365.295.42
    2015年10月10.7823.92
    2015年11月3.938.39
    2015年12月2.837.80
    年平均29.2139.7422.237.1336.885.05
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    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46.3247.1553.5242.36
    2014年11月21.4434.0234.1024.18
    2014年12月10.4215.0324.3015.97
    2015年1月31.9038.0825.487.6625.8422.51
    2015年2月55.6153.3024.6329.4933.7031.89
    2015年3月76.0677.3444.5542.0842.9145.26
    2015年4月81.1385.1661.4064.3859.5363.58
    2015年5月102.80106.6668.9183.3075.9472.98
    2015年6月122.70131.9384.5797.1992.1773.77
    2015年7月114.44133.8381.32102.08100.1160.34
    2015年8月91.20116.2885.9384.1065.04
    2015年9月97.63106.5977.7885.3458.07
    2015年10月57.8377.18
    2015年11月44.0750.67
    2015年12月33.1845.21
    年平均75.7185.1952.6157.1759.3048.00
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    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1.710.650.7913.85
    2014年11月5.951.611.8235.89
    2014年12月0.841.962.3127.61
    2015年1月2.000.493.660.391.9520.07
    2015年2月8.873.418.382.032.0820.72
    2015年3月7.194.659.482.081.6713.28
    2015年4月2.162.052.410.660.8864.64
    2015年5月2.241.533.030.580.5421.28
    2015年6月0.710.611.440.280.296.91
    2015年7月0.560.601.330.290.303.41
    2015年8月0.610.440.390.352.57
    2015年9月1.010.550.270.319.72
    2015年10月4.362.23
    2015年11月10.215.04
    2015年12月10.734.79
    年平均4.222.203.240.931.1120.00
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    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)−0.1520.342**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)
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    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)-0.1510.506**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)-0.1160.1560.095-0.590**-0.376**
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    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)-0.0490.875**-0.039-0.148**-0.164**
    春季(N=89)0.0450.714**-0.198-0.1130.002
    夏季(N=50)-0.476**0.755**-0.272-0.647**-0.572**
    秋季(N=91)-0.0360.711**-0.216*-0.02-0.051
    冬季(N=66)-0.2140.792**-0.284*-0.213-0.032
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    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)-0.0530.809**0.0690.353**-0.236*
    夏季(N=80)-0.0360.368**0.1010.079-0.213
    秋季(N=35)0.357*0.368*0.0770.183-0.616**
    冬季(N=70)-0.1150.531**0.405**0.478**-0.266
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    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**0.2330.056-0.033
    秋季(N=61)-0.1460.658**-0.2480.042-0.083
    冬季(N=90)0.1510.661**-0.254*-0.427**-0.240*
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    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**-0.0910.328*
    冬季(N=90)0.0760.796**-0.1720.068
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-15
  • 网络出版日期:  2021-11-25
  • 刊出日期:  2022-08-01

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