半干旱区榆中地表粗糙度年变化及影响机理-论文.pdf

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1、第25卷第4期应用气象学报Vo1．25。No．42014年7月joURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICALSCIENCEJuly2014姚彤，张强，尹晗．半干旱区榆中地表粗糙度年变化及影响机理．应用气象学报，2014，25(4)：454—462半干旱区榆中地表粗糙度年变化及影响机理姚彤”。张强尹晗”(兰州大学大气科学学院，兰州730000)(中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室，兰州730020)(甘肃省气象局，兰州730020)’(中国人民解放

2、军93801部队，武功712200)摘要利用2006年6月一2O1O年12月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)观测资料，分析了黄土高原自然植被下垫面榆中地表粗糙度时间变化特征，考虑到地形、植被物理特征以及降水和热力条件的影响，分析了东南风向和西北风向粗糙度年变化规律及其影响机理，并分别给出这两个风向归一化粗糙度与时间的拟合关系式。研究发现：对于非均一下垫面，由于地形起伏和下垫面植被差别造成的不同风向粗糙度差异显著。选取东南风向和西北风向，这两个风向的地表粗糙度无论是量级还是年变化特征都有很大差别，且由于地形和植被的差别，东

3、南风向粗糙度年变化趋势与稳定度年变化趋势一致，粗糙度与稳定度存在一定相关关系，而西北风向粗糙度年变化趋势与降水量年变化趋势一致，粗糙度与降水量相关性较好。关键诃：半干旱区；粗糙度；年变化规律；参数化关系对于非均匀地表，空气动力学粗糙度还与风向有关。引言另外，地形起伏也会使粗糙度增大]。因此，空气动力学粗糙度是粗糙元几何粗糙度以及气流状况相互地表粗糙度是陆面过程中的一个重要参数[1]。作用的综合结果l8。。有研究对不同下垫面粗糙度从空气动力学角度出发，风速廓线上风速为零的位和动力因子和热力因子的关系进行了分析，并且给置被定义为地表粗糙

4、度，也称为空气动力学粗糙度。出了拟合关系式l_】“]。粗糙度还有一定的气候效地气相互作用通过改变辐射、地表通量以及土壤热应，对撒哈拉沙漠的降水研究发现，撒哈拉沙漠粗糙交换等一系列反馈过程影响大气环流，而空气动力度减小时，降水也会明显减小口。有研究表明，地学粗糙度反映了地表特征对大气湍流的阻抗作用，表粗糙度的改变总体上受降水影响[1。降水和气是描述陆地表面动量、能量和物质交换与输送重要温会直接影响生长季植被的覆盖和高度，从而影响参数之一，准确估算不同下垫面状况下的空气动力粗糙度的分布口_18]。学粗糙度对边界层模式、地气相互作用以及沙

5、尘暴黄土高原地处我国西北地区东部，幅员辽阔，属和土壤风蚀有着十分重要的意义]。于半干旱区，由黄土塬、川、沟壑、山、梁、峁、坪等地粗糙度长期以来被作为仅与下垫面几何粗糙度貌组成，下垫面情况十分复杂。黄土高原海拔为有关的空气动力学常数_6]，但在应用中人们发现自1000～1500in，年降水量为164～8OOmm，气候干然界地表多具有非均匀复杂性。对于均匀平坦下垫躁，降水量少且集中为暴雨，属于温和半湿润气候区面，空气动力学粗糙度除了与植被特征有关外，还与向温和半干旱、干旱气候区的过渡带，也是气候变化风速、摩擦速度以及大气稳定度等因子关系

6、密切。的敏感地区。黄土高原下垫面表面特征复杂多样，2013-09—29收到，2014—05—06收到再改稿。资助项目：国家自然科学基金重点项目(40830957)*email：tongy_2010@163．corn456应用气象学报第25卷与环境进行了研究，张强等探讨了陇中黄土高原(单位：m)，“(z)为高度处风速(单位：m／s)，k为自然植被下垫面陆面过程及其参数对降水的响应．卡曼常数(取为0．4)，为摩擦速度(单位：m／s)，L孙照萱等对榆中地区陆面过程气候特征进行了是Monin—Obukhov长度(单位：m)，Ij[『为近地面

7、层研究。风速的稳定度修正函数(量纲为1)。其中，风速可观测塔附近下垫面为半干旱草垫，生长季为直接观测得到，d可以由植被特征估算，对于高度为4—9月。秋季植被覆盖较密，平均植株高度可达h的植被，d一2／a×hL3，因此根据观测场植被生长0．3ITI；夏季其次，植株平均高0．24m；春季约为情况，分别取春、夏、秋、冬的d值为0．10，0．17，0．15m；冬季最小，约为0．1ITI。图1b为观测场周0．20m和0．07m；摩擦速度“和Monin—Obukhov围地形图，由图1b可以看出，观测场所处的翠英山长度L可用通量资料简单计算；0m

8、可由下列公式计脉大致呈西北一东南走向。观测场附近为黄土高原算：半干旱区非均一下垫面，以黄土塬岭为主，以观测塔一ln3-21n半一2tan-1x+号，<0；为中心，在180。～230。方向为平坦的山脊。9o。～J一0，一0；16O。方向