【摘 要】
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作为地球大气层的重要组成部分,大气边界层控制了地面和自由大气间热量、水汽、动量和空气污染物的垂直交换,在天气、气候和环境保护等相关研究中具有重要作用。目前,对于中
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作为地球大气层的重要组成部分,大气边界层控制了地面和自由大气间热量、水汽、动量和空气污染物的垂直交换,在天气、气候和环境保护等相关研究中具有重要作用。目前,对于中国大气边界层高度长期时空演变特征及驱动因素仍不清楚,尤其对于不同资料计算得到的边界层高度的差异及其成因理解不足。本文基于长期的均一化探空资料、再分析资料、地面观测资料等综合数据集研究了中国大气边界层高度的时空分布特征及其与相关气象要素之间的联系。不仅从新的角度对不同再分析资料在中国的适用性进行了评估,同时进一步加深了对中国大气边界层高度时空演变特征及其机制的了解。本论文首先将2011年到2018年北京时间08时和20时的三种再分析资料与探空资料进行对比分析,进行对比的再分析资料包括:ERA-Interim,MERRA2,JRA-55。ERAInterim的温度平均廓线与探空资料的温度平均廓线最为接近,MERRA2和JRA-55与探空资料温度平均廓线相差较大。JRA-55与探空资料在比湿廓线上的相差程度最小。风速廓线的标准误差范围最大,说明风速测量的不确定性较大、变化范围较大。探空资料计算的边界层高度普遍高于三种再分析资料计算的边界层高度,ERA-Interim和JRA-55计算所得的边界层高度较为接近,这个两个资料与探空资料计算所得的边界层高度的差小于MERRA2,MERRA2计算所得的边界层高度在四种资料当中最低。比较三种再分析资料与无线电探空资料的廓线以及计算所得的边界层高度在地理空间分布上的差异性,结果显示其在中国东部地区表现更好,最可能的原因是东部地区站点较密。同时,地形因素、所选插值方法等因素也能影响再分析资料的数据质量。接着,借助经均一化等质控后的探空资料,本文全面阐述了1979-2016年中国大气边界层高度的时空变化规律。中国大气边界层高度呈现出明显的西北高-东南低的空间梯度特征,从中国西部到中国东部边界层高度逐渐降低。同时边界层高度还表现出明显的季节变化,春季最高,夏、秋、冬季依次降低。对中国大气边界层高度长期序列进行突变点检测后,我们发现2004年我国边界层高度出现了由增加到减少的趋势反转,且边界层高度在前一个时间段(1979-2003)空间上呈现均匀增加趋势,而在后一个时间段(2004-2016)以空间不均匀的方式递减。进一步分析表明:土壤变湿,植被覆盖率增加和对流层低层稳定度增大是2004年以来我国边界层高度递减的重要原因,而2004年以前边界层高度递增主要由全球变暖所导致。本文的研究结果深刻揭示了全球变暖和高排放双重影响背景下我国边界层高度演变时空特征,指出了土壤湿度增大和植被覆盖增加等陆面特征对于边界层发展演变的重要作用,为深入揭示我国大气污染的长期变化成因和机制提供了重要的边界层高度数据和新的研究思路。
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