作為“亞洲水塔”,青藏高原存在大量的湖泊,其中超過98%的湖泊的面積小于1km2。在全球氣候變暖的背景下,伴隨著降雨的增加和冰川的消融,青藏高原的湖泊數量在增多且大部分的湖泊面積在增大。由于湖泊水體較低的反照率、較大的熱容量和對太陽輻射的可穿透性,湖-氣之間的熱量和水分的傳輸交換與陸-氣間有明顯不同。湖-氣間湍流通量是湖泊邊界層生長的重要驅動力,并且是數值氣候模型中湖-氣交換過程的重要變量。湖-氣間感熱通量和潛熱通量的觀測和模擬對區域能量平衡和水循環的研究意義重大。
近期,中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心研究員馬耀明課題組,以納木錯小湖渦動相關觀測數據為基礎(圖1),分析了該湖表面湖-氣能量通量的傳輸交換特征,并對湖-氣湍流通量傳輸交換模型(總體傳輸模型,BModel和多層模型,MModel)進行了驗證和分析。研究結果表明:水分的總體傳輸系數和粗糙度長度要高于熱量,在低風速條件下尤其明顯;在自由對流條件下,潛熱通量與風速間呈現明顯的均方根關系;在小湖的粗糙度和通量模擬中,波浪相對較短的波長引發低估的粗糙度長度,并導致潛熱和感熱通量的低估;適應于該小湖粗糙度長度參數的查諾克數和粗糙雷諾數分別為0.031和0.54,優化后的參數更加適合小湖湍流通量的模型模擬(圖2)。
該研究得到了中國科學院戰略性先導專項B和國家自然科學基金等的支持,研究結果發表在JGR-Atmosphere(待刊),王賓賓為第一作者和通訊作者。
圖1.(a)納木錯湖地區;(b)研究區域,紅色三角和十字分別是渦動相關儀器和納木錯觀測站的位置,水平尺度3.5km×3.5km;(c)渦動相關觀測系統。
圖2.觀測和使用改進參數模擬(總體傳輸模型(a-c)和多層模型(d-f))的感熱通量(H)、潛熱通量(LE)和摩擦速度(U*)的散點圖;1:1線和線性擬合線(擬合方程)分別顯示為點線和圓圈線。
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