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题名黄土高原夜间地表能量不平衡问题的初步研究
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作者
赵建华
张强
王胜
梁芸
张良
岳平
赵福年
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机构
甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点实验室
Lanzhou Regional Climate Center
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出处
《地球物理学报》
北大核心
2025年第2期385-398,共14页
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基金
国家自然科学基金(重点)项目(42230611,41375019,41875020)
气象能力提升联合研究专项(23NLTSZ008)
+2 种基金
中国气象局创新发展专项(CXFZ2022J049)
甘肃省自然科学基金(22JR5RA746,24JRRA724)
中国博士后基金(2022MD713816)资助.
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文摘
一般认为白天的地表能量不平衡(surface energy imbalance,SEI)主要由涡动相关法造成,但夜间湍流受到抑制,其产生的原因尚不清楚.本文分析了夜间与白天地表能量的区别,认为夜间土壤热量存在的双向传递慢过程、向上长波辐射位相延后与湍流相干结构是其重要原因.为此,本文利用黄土高原典型代表站的观测数据,对夜间SEI展开研究.发现:(1)考虑慢过程后,夜间土壤温度、土壤热通量、土壤热储与地表土壤热通量均有一定程度的增大,其能量闭合率(Energy BalanceRatio,EBR)提高了0.02或3%,达到0.71,能量平衡残差(Residual,Res)绝对值降低了0.8 W·m^(-2)或4%,为17.0 W·m^(-2);(2)考虑向上长波辐射位相延后,夜间向上长波辐射和净辐射均有所降低,其EBR也为0.71,也提高了0.02或3%,|Res|为15.5W·m^(-2),降低了2.3W·m^(-2)或13%;(3)考虑相干结构的贡献后,感热与潜热分别增大了53%(绝对值)和35%,其EBR未有显著变化,但|Res|降低了1.1W·m^(-2)或6%;(4)既考虑慢过程,又考虑向上长波辐射位相延后和相干结构时,夜间EBR为0.73,提高了0.04或6%,|Res|为14.8 W·m^(-2),降低了3.0 W·m^(-2)或17%.显然,这三个过程均可改善夜间地表能量闭合水平,但综合效应改善更大;(5)增加Durand(2022)提出的湍流通量漏失部分,可使EBR提高0.03,达到0.76,|Res|降低1.4 W·m^(-2),达到13.4 W·m^(-2),但也未闭合,故涡动相关法可能不是夜间SEI产生的主要原因.分析发现,长波辐射计的观测误差较大,且无世界标准;检测结果显示,长波辐射存在系统误差,且EBR和Res与长波辐射均存在显著的正相关关系,因此我们认为长波辐射的系统误差可能是夜间SEI产生的主要原因,提高长波辐射计的观测精度应该是改善夜间地表能量闭合水平的重要途径.
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关键词
夜间地表能量不平衡
慢过程
长波辐射位相延后
湍流相干结构
长波辐射计精度
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Keywords
Nocturnal surface energy imbalance
Slow processes
Phase delay of longwave radiation
Turbulent coherent structure
Longwave radiometer′s accuracy
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分类号
P404
[天文地球—大气科学及气象学]
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