论文部分内容阅读
与覆盖有植被的陆地相比，湖泊具有独特的反照率、热容量、粗糙度、表面能量交换以及痕量气体交换，因此湖泊对于局地气候的影响不可忽视。黄河源区湖泊众多，是青藏高原湖泊群的重要组成部分，也是对气候变化响应最为敏感和生态环境最为脆弱的高寒地区之一。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所于2010～2011年在青海省玛多县鄂陵湖地区开展了关于湖泊效应的初步观测，本文利用EddyPro3.0软件对观测数据进行了校正处理和质量评估，初步分析了鄂陵湖区各季节的气候特征，对比研究了该地区夏季水陆不同下垫面（湖滨草地和湖泊）的局地小气候和湍流结构特征;针对该地区近几十年来生态环境剧烈变化的现状，利用WRF中尺度模式，结合卫星遥感和观测试验资料，设计了陆地生态环境好转、维持现状、退化三种情境下的模拟试验，模拟分析夏季鄂陵湖湖泊效应的特征以及环境变化对其的影响。通过对黄河源区湖泊效应的观测与模拟研究，了解高寒地区湖泊对局地气候的影响机理以及生态环境变化对这一过程的影响，同时得到一些特征参数，为发展适用于高寒地区的湖泊模式提供基础。研究结论主要如下:
1.鄂陵湖区夏季盛行典型显著的湖陆风，其他季节以偏西风为主，水平风速冬季最大，夏季最小。该地区月平均气温1月最低，8月最高，均比玛多站偏晚，鄂陵湖区的气温年较差以及春（秋）季的升（降）温速率都小于相邻陆地，可能是源于湖泊效应的影响。
2.水陆不同下垫面上，夏季昼（夜）陆面气温高（低）于湖面，湖陆的温差随着日均气温的升高而增大，湖面气温峰值比陆地晚1～2h出现;夏季湖面上多数时间总是水温高于气温，大气处于不稳定状态;湖面昼（夜）净辐射大（小）于湖滨草地，夏季正午湖面和草地的反照率分别为0.043和0.189。
3.夏季晴天时，湖滨草地感热日峰值平均为180W·m-2，出现在午后，湖面感热最大值仅为27W·m-2，出现在早晨，傍晚过后最小;湖面潜热波动明显，峰值出现在傍晚前，约为151W·m-2，白天总体上小于草地，但夜间反之，湖面夜间蒸发显著，潜热占日总量的45.12％;湖面感热和潜热之和在下午17:00（北京时）前后达到峰值，晚于净辐射3个小时左右，滞后时间较长，可能也与该地区傍晚前常出现大风有关;湖面潜热受到风速的较大影响，大风会导致水体蒸发的增加。
4.湖滨草地上大气白天（夜间）处于不稳定（稳定）状态，而湖面大气全天均保持弱不稳定，有利于感热和潜热输送的增加。湖面湍流强度总体上小于草地，在风速小于2m·s-1时两地的湍强均最大。草地上不稳定和稳定层结下各方向的无因次湍流方差普适函数均满足1/3次幂定律，而湖面上只有垂直方向在不稳定层结时较好地满足1/3次幂定律。草地和湖面的无因次温度方差随大气稳定度的增强和减弱都减小，水平方向的无因次速度方差较其他地区偏大，垂直方向则偏小。
5.数值模拟研究发现，夏季晴天，鄂陵湖湖风环流发生于中午至傍晚时段;白天湖面感热较小，昼（夜）表现出明显的冷（暖）湖效应;湖区低层全天呈现“湿岛”效应;受湖风作用影响，环湖陆上白天形成“湿墙”和感热高值区;随着陆地生态环境由好转到退化，湖风环流加强，环湖“湿墙”增高，湖陆边界层高度差增大，陆面的感热和潜热变化显著大于湖面;陆面边界层中下部的气温与比湿主要受下垫面影响，环境退化后分别升高和减小，而在边界层顶部由于受湖风环流的作用，两者变化趋势与中下部相反。