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将任一中尺度区域的平均瞬间径流率考虑为区域平均降水量和地表土壤层水分渗透垦的余项.根据降水量在地理空间上分布的实测资料拟合其空间概率密度函数(PDF),并结合土壤入渗物理过程的数学描述及其经验公式,精确估计出地表土壤渗透率及其空间分布,由此建立区域地表径流率的统计-动力学估计方案.换言之,区域内地表产流率可视为区域平均降水量与区域平均的土壤下渗量之差值,而区域内土壤的平均下渗量又町分为非饱和区和饱和区两部分的下渗量来分别计算.就陆面水分循环的物理过程而言,地表入渗现象是在一定的下垫面特性基础上,由一定的水分供应源而形成的.根据大气降水向地表层输送水分的物理过程,在满足植被表层覆盖需水(截流水)和地表层土壤人渗水基础上,多余的降水量才会形成地表径流.凶此,推求地表产流率的主要关键在于地表土壤层需水量.为此奉文根据土壤水分通量方程推导出水分入渗公式.又从描述土壤水分和降水的空间PDF出发,推导出非均匀土壤含水量及降水气候强迫所形成的次网格尺度区域平均径流率计算公式.利用长江三角洲地区1996年降水量和土壤特性等实测资料建立区域平均地表径流率的估计公式,并对其影响凶素进行敏感性试验.结果表明,该方法与用Mosaic方法计算的区域径流率(或产流率)结果十分接近.由此可见,该文提出的降水气候强迫下非均匀地表区域平均径流的这种统计-动力参数化方案,具有相当的可靠性与可行性. 相似文献
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地形非均匀性对网格区地面长波辐射通量计算的影响 总被引：2，自引：1，他引：2
从理论和数值试验两个方面证明地形的非均匀性(如海拔高度)对网格区地面长波辐射通量的计算有重要影响,海拔高度场的区域平均值及其变差系数是影响网格区地面长波辐射通量的主要因素,仅仅用地表均匀假定下的区域平均参量(如平均海拔高度和平均温度)所计算的网格区地表有效辐射通量值与其真实值之间存在着一定的误差。由于地表有效辐射通量是海拔高度的非线性函数,在特定情况下,其影响相当大,可产生不容忽略的误差。相对而言,海拔高度自身非均匀性对误差的影响远大于地表温度非均匀性项及其混合扰动项所产生的误差。对于不同的地形平均高度,地形非均匀性影响的程度并不相同。平均高度较小时,非均匀性的影响几乎可以忽略,但随着地形平均高度的增加,地形非均匀性的影响程度呈非线性增长趋势。因而,在复杂地形区域,考虑次网格地形的热力作用非常必要。 相似文献
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理论分析和数值试验结果表明,地表参量的不均匀性对网格区地表湍流通量的计算有重要影响。近中性大气层结条件下,次网格粗糙度长度的变差系数、网格平均粗糙度及参考高度的选取是影响网格湍流通量计算的主要因素,其中次网格粗糙度长度的变差系数对计算偏差起主要决定作用。实际计算表明,某些特定地区(如植被气候过渡带)粗糙度的地表非均匀性引起的计算相对误差可达40%以上,选取特定的参考高度能改善高网格湍流通量计算的效果。非中性大气层结条件下,由地表粗糙度不均匀性所致的平均风速、位温梯度以及近地层大气稳定度的次网格分布都对网格湍流通量(感热通量)计算产生影响,比较而言,相对误差大小对大气稳定度的次网格分布最为敏感。所以,在目前的数值模式中有必要进一步对湍流通量计算过程中由于地表不均匀性产生的计算偏差加以考虑。 相似文献
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在非均匀下垫面情况下, Mosaic方法是目前国际上广泛运用于模式中计算地表通量的方法.大量的研究表明, 下垫面的非均匀分布会引发局地环流, 非均匀分布的空间尺度较大时, 所引起的环流甚至可以达到海陆风的强度.这种环流的存在直接影响到次网格地表通量的计算.次网格地表非均匀分布, 尤其是大尺度模式中的次网格非均匀分布, 必将影响地表通量的计算.本文针对次网格地表非均匀问题, 设计了高分辨率的Mosaic试验和非均匀试验, 开展了不同背景风情况下的一系列数值试验, 以探讨这种影响的程度.结果表明, 在土壤湿度空间分布不均匀的情况下, 运用Mosaic方法计算得到的地表潜热通量偏小, 背景风较小的时候偏差较大, 背景风增强时偏差减小. 相似文献
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应用平均参数化方法,从理论上分别研究了地表温度、地面粗糙度、积雪深度和密度非均匀分布对相关物理量计算的影响。结果表明:考虑地表温度的非均匀分布影响后,模式网格上平均地面的长波辐射通量增加,地面饱和水汽压也增加;在相同的地表温度分布变差系数和常温情况下,与长波辐射通量相比,地面饱和水汽压的变化对地表温度非均匀分布较为敏感;地面粗糙度非均匀分布对地面中性曳力系数和BATS型地面积雪覆盖率有一定的影响;积雪深度和密度非均匀分布也对地面积雪覆盖率有一定的影响。 相似文献
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基于降水气候强迫的一种地表径流估计方法 总被引：2，自引：0，他引：2
文中从地表水分平衡的物理机制出发 ,引进降水概率统计分布理论 ,推导出一种由降水气候强迫形成的次网格尺度非均匀径流率计算方法。应用于mosaic方案 ,可进一步计算区域平均径流及产流和汇流。试验证明 ,对于不同物理性质的地表而言 ,由于其土壤入渗能力的差异 ,相同降水气候强迫所能生成的径流量及其相对比值是不同的 ,例如干旱区与湿润区就有很大差异。同时 ,不同空间分布概率的降水量 ,不同站点的地表性质、土壤水力学条件等物理因素的千变万化 ,可使径流特征的空间分布具有很大变异性。因上述各种因素的综合影响 ,由降水气候强迫所形成的地表径流具有特定的非均匀分布是必然的。文中用实测资料验证了其可靠性与可行性 相似文献
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用大涡模拟方法研究地转强迫下的对流边界层流动和地表热力非均匀性影响.模拟重现了典型对流边界层的平均风廓线和动量通量垂直分布.地表热力非均匀性对区域平均风速和动量通量分布无明显影响,但边界层内的局地流动性状和湍流动量输送情况有系统性的改变.下风较热区近地面风速增强而高空流动受到阻塞,上风较冷区之上情况则正好相反.对应于平均流动场的畸变,地表较热区之上边界层大部可以出现动量向上输送的情况,较冷区成为大气动量下传的主要通道.地面应力在较热区增强、较冷区减弱的趋势明显. 相似文献
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利用非均匀地表加热的大涡模拟试验,研究了不稳定条件下地表热力非均匀性对近地层相似理论适用性的影响。结果发现,边界层的平均廓线基本不受地表热力非均匀性的影响。进一步分析发现,较大尺度的地表非均匀加热可以激发出有组织的大尺度次级环流,冷暖斑块的通量直到边界层上部才混合均匀;而当地表非均匀尺度较小时,次级环流难以形成有组织的结构,冷暖斑块的通量很快就可以混合均匀。然而,不管是哪种尺度的非均匀地表,非均匀斑块间的平流都对各斑块近地层结构产生重要影响,进而斑块近地层通量—梯度关系与相似理论产生偏差,其中风速梯度关系的偏差更为明显。最后,对目前大气模式中常用的基于相似理论的次网格非均匀地表通量参数化方法——Mosaic方法提出了改进思路。 相似文献
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甘肃马衔山区陆面过程与降水的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
采用定西的麦田微气象观测,定西、兰州的辐射观测和马衔山区34个气象、水文和雨量站的气候资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料以及反演的地表植被盖度和反射率,并用SEBAL算法推导出夏季地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度的区域分布特征,并分析陆面过程对降水的影响。结果表明:本区降水的空间分布与夏季植被盖度对应最好,相关系数高达0.722,其次是土壤热通量和潜热通量,相关系数分别为-0.65和0.615。这表明森林通过降低地表反射率和表面温度,不仅增加地表净辐射,而且减少其用于感热和土壤热通量的消耗。由于林区地表水分多,从而将接收较多的太阳辐射能主要用于蒸散,增加边界层中的水汽。故林区降水远大于植被稀疏的半干旱黄土梁。 相似文献
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Ning Zhang Quinton L. Williams Heping Liu 《Theoretical and Applied Climatology》2010,102(3-4):307-317
Landscape heterogeneity that causes surface flux variability plays a very important role in triggering mesoscale atmospheric circulations and convective weather processes. In most mesoscale numerical models, however, subgrid-scale heterogeneity is somewhat smoothed or not adequately accounted for, leading to artificial changes in heterogeneity patterns (e.g., patterns of land cover, land use, terrain, and soil types and soil moisture). At the domain-wide scale, the combination of losses in subgrid-scale heterogeneity from many adjacent grids may artificially produce larger-scale, more homogeneous landscapes. Therefore, increased grid spacing in models may result in increased losses in landscape heterogeneity. Using the Weather Research and Forecasting model in this paper, we design a number of experiments to examine the effects of such artificial changes in heterogeneity patterns on numerical simulations of surface flux exchanges, near-surface meteorological fields, atmospheric planetary boundary layer (PBL) processes, mesoscale circulations, and mesoscale fluxes. Our results indicate that the increased heterogeneity losses in the model lead to substantial, nonlinear changes in temporal evaluations and spatial patterns of PBL dynamic and thermodynamic processes. The decreased heterogeneity favor developments of more organized mesoscale circulations, leading to enhanced mesoscale fluxes and, in turn, the vertical transport of heat and moisture. This effect is more pronounced in the areas with greater surface heterogeneity. Since more homogeneous land-surface characteristics are created in regional models with greater surface grid scales, these artificial mesoscale fluxes may have significant impacts on simulations of larger-scale atmospheric processes. 相似文献
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陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验 总被引：18，自引：1，他引：18
文中建立了一个研究陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式。模拟了草原下垫面的土壤 环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征。并对主要的环境物理参数进 行了敏感性实验。结果表明，本模式能合理地模拟地表热量平衡、土壤体积含水量、植被蒸 发阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等。该模式还可 进一步应用于研究城市陆面物理过程与大气边界层相互作用机制，及与中尺度大气模式耦合用于区域气候的研究。 相似文献
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采用20世纪再分析版本2c数据集的云水量逐月再分析数据,通过数理统计方法,分析了1960～2014年全球、海洋和陆地上空云水量的分布和变化特征及其与水汽通量的关系。结果表明:1）全球云水量空间分布不均,海洋高于陆地且比例约为4﹕3,中低纬海洋、陆地上空云水量变化趋势分别为0.07 g m?2 (10 a)?1和?0.04 g m?2 (10 a)?1,季节性差异主要体现于夏季在热带辐合带和南半球海洋高,冬季在北半球海洋和南半球陆地高。2）对比六大洲发现,云水量最高的南美洲有最快增加趋势,为0.46 g m?2 (10 a)?1,同时云水量最低的非洲有最快降低趋势,为?0.59 g m?2 (10 a)?1。3）中低层整层水汽通量散度场的辐合、辐散区和云水量的高、低值区相对应,云水量与水汽通量散度变化呈负相关（相关系数为?0.44）,负相关关系在赤道附近的低纬地区显著。本文揭示了在全球变暖背景下,大气中云水量分布和变化的时空格局,为模式参数化和未来气候预估提供参考。 相似文献
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SENSITIVITY TESTS OF INTERACTION BETWEEN LAND SURFACE PHYSICAL PROCESS AND ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER 总被引：3，自引：0，他引：3
In this paper,an interactive model between land surface physical process and atmosphereboundary layer is established,and is used to simulate the features of soil environmental physics,surface heat fluxes,evaporation from soil and evapotranspiration from vegetation and structures ofatmosphere boundary layer over grassland underlying.The sensitivity experiments are engaged inprimary physics parameters.The results show that this model can obtain reasonable simulation fordiurnal variations of heat balance,soil volumetric water content,resistance of vegetationevaporation,flux of surface moisture,and profiles of turbulent exchange coefficient,turbulentmomentum,potential temperature,and specific humidity.The model developed can be used tostudy the interaction between land surface processes and atmospheric boundary layer in cityregions,and can also be used in the simulation of regional climate incorporating a mesoscalemodel. 相似文献
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H. Hübener M. Schmidt M. Sogalla M. Kerschgens 《Theoretical and Applied Climatology》2005,80(2-4):153-167
Summary In this work, simulations with the mesoscale meteorological model FOOT3DK for a semi-arid research site in southern morocco are presented. The main aim of this study is to introduce two different ways to improve the soil moisture distribution towards a more realistic pattern. One of them resembles the availability of groundwater resources below the lower boundary of the soil part of the model, the other one resembles irrigation practices in the region. Additionally, we introduce a newly derived land use/land cover data set obtained from analysis of LANDSAT data and compare the simulation results to those obtained with the USGS GLCC data. To evaluate the results with the refinements in soil moisture and land use/land cover, we focus on evapotranspiration, as the quantity which is most tentative to the changes in soil moisture and is an important part of the local hydrological cycle. To evaluate the importance of sub-grid scale surface heterogeneity in soil moisture and land use/land cover, we present simulations with enhanced surface resolution. Simulation results are compared to point measurements at different sites in the research area for validation.The results show, that a deep groundwater table and irrigation of parts of the research area can be represented by the methods we used. Simulated transpiration is overestimated compared to measured values, but this is due to the maximum approach used in this work. Finer tuning of the artificial enhancement of soil moisture with the two methods presented here are expected to lead to realistic distributions of evapotranspiration and related quantities, therewith drastically enhancing simulation accuracy for this site. As uncertainties of soil moisture distribution and restricted representation of soil moisture dynamics in meteorological models is a common problem especially for arid and semi-arid sites, we expect our results to be useful for meteorological simulations in other arid or semi-arid areas as well. 相似文献