Temporal and Spatial Variations of the Aerodynamic Roughness Length in the Ablation Zone of the Greenland Ice Sheet   总被引：2，自引：1，他引：1  

C. J. P. P. Smeets  M. R. van den Broeke 《Boundary-Layer Meteorology》2008,128(3):315-338

To understand the response of the Greenland ice sheet to climate change the so-called ablation zone is of particular importance, since it accommodates the yearly net surface ice loss. In numerical models and for data analysis, the bulk aerodynamic method is often used to calculate the turbulent surface fluxes, for which the aerodynamic roughness length (z ₀) is a key parameter. We present, for the first time, spatial and temporal variations of z ₀ in the ablation area of the Greenland ice sheet using year-round data from three automatic weather stations and one eddy-correlation mast. The temporal variation of z ₀ is found to be very high in the lower ablation area (factor 500) with, at the end of the summer melt, a maximum in spatial variation for the whole ablation area of a factor 1000. The variation in time matches the onset of the accumulation and ablation season as recovered by sonic height rangers. During winter, snow accumulation and redistribution by snow drift lead to a uniform value of z ₀≈ 10⁻⁴ m throughout the ablation area. At the beginning of summer, snow melt uncovers ice hummocks and z ₀ quickly increases well above 10⁻² m in the lower ablation area. At the end of summer melt, hummocky ice dominates the surface with z ₀ > 5  ×  10⁻³ m up to 60 km from the ice edge. At the same time, the area close to the equilibrium line (about 90 km from the ice edge) remains very smooth with z ₀ = 10⁻⁵ m. At the beginning of winter, we observed that single snow events have the potential to lower z ₀ for a very rough ice surface by a factor of 20 to 50. The total surface drag of the abundant small-scale ice hummocks apparently dominates over the less frequent large domes and deep gullies. The latter results are verified by studying the individual drag contributions of hummocks and domes with a drag partition model.  相似文献   

The Parameterisation of Scalar Transfer over Rough Ice     

C. J. P. P. Smeets  M. R. van den Broeke 《Boundary-Layer Meteorology》2008,128(3):339-355

We test a surface renewal model that is widely used over snow and ice surfaces to calculate the scalar roughness length (z _s ), one of the key parameters in the bulk aerodynamic method. For the first time, the model is tested against observations that cover a wide range of aerodynamic roughness lengths (z ₀). During the experiments, performed in the ablation areas of the Greenland ice sheet and the Vatnajökull ice cap in Iceland, the surface varied from smooth snow to very rough hummocky ice. Over relatively smooth snow and ice with z ₀ below a threshold value of approximately 10^?3 m, the model performs well and in accord with earlier studies. However, with growing hummock size, z ₀ increases well above the threshold and the bulk aerodynamic flux becomes significantly smaller than the eddy-correlation flux (e.g. for z ₀ = 0.01 m, the bulk aerodynamic flux is about 50% smaller). Apparently, the model severely underpredicts z _s over hummocky ice. We argue that the surface renewal model does not account for the deep inhomogeneous roughness sublayer (RSL) that is generated by the hummocks. As a consequence, the homogeneous substrate ice grain cover becomes more efficiently ‘ventilated’. Calculations with an alternative model that includes the RSL and was adapted for use over hummocky ice, qualitatively confirms our observations. We suggest that, whenever exceedance of the threshold occurs (z ₀  >  10^?3 m, i.e., an ice surface covered with at least 0.3-m high hummocks), the following relation should be used to calculate scalar roughness lengths, ln (z _s /z ₀)  =  1.5  ? 0.2 ln (Re _*)  ? 0.11(ln (Re _*))².  相似文献   

煤田火区特征的土地覆盖分类方法 ——以乌达煤田火区为例   总被引：1，自引：0，他引：1  

张春燕  郭杉  关燕宁  武建军  李加洪  蔡丹路  孔冰  贾跃荣  安旭东  马建伟  赵铁雄  康利花 《遥感学报》2011,15(1):148-162

土地覆盖变化是土地分析与评价和生态环境变化预测的重要科学基础, 通过精确的土地覆盖分类方法 获取高精度的土地覆盖图是研究煤田火区生态环境变化的必要手段。本文以最大似然法、光谱角度法、面向对象 分类法和基于复合分区的分层分类法进行乌达煤田火区土地覆盖分类的方法研究。研究结果表明, 基于复合分区的 分层分类方法分类精度较高, 总体分类精度为92.97%, kappa 系数为0.9155。该方法通过基于地表热辐射特征、热 异常状况、地貌类型, 以及对生态系统扰动状况等的划分, 减少了地物信息的混淆度, 即通过提  相似文献   

基于3D雕刻技术的岩体结构面剪切各向异性研究     

周辉  程广坦  朱勇  张春生  卢景景  张传庆  章颖辉 《岩土力学》2019,40(1):118-126

相同形貌结构面重复性剪切试验和各向异性剪切试验一直是岩体结构面剪切力学特性试验研究中的难点,而该问题对于工程岩体的开挖力学响应和稳定性分析、评价与控制至关重要,问题的关键在于同一种岩石的结构面形貌的再现。为此,基于3D扫描和3D雕刻技术,重复制备了3种不同粗糙度的大理岩结构面试样,开展了不同法向应力下相同形貌结构面的各向异性剪切试验。试验结果发现：（1）同一法向应力、不同剪切方向下,相同形貌结构面的剪切强度、剪胀和剪切破坏特征均呈现明显各向异性;（2）结构面粗糙度各向异性很大程度上决定了剪切强度的各向异性,两者具有较好的正相关性;（3）随着法向应力的升高,结构面剪切特征的各向异性有逐渐弱化的趋势。同时,研究还充分表明,3D雕刻技术是系统开展结构面剪切力学特征各向异性研究的可靠手段,可在将来研究中发挥更为重要的作用。  相似文献   

山区阶梯式河道水流阻力研究   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

罗铭  张焕  丁锐  黄尔  杨奉广 《水科学进展》2019,30(5):719-726

山区阶梯式河道是自然界来水来沙和山区大比降河床相互作用所形成的,其水力特性、河道阻力较为复杂。为了深入研究其阻力机理,从河床结构阻水的角度提出阶梯式结构糙率尺度的概念,得到了适用于阶梯式河道跌落水流的形体阻力系数表达式,并由不同来源的阻力分量构成了新的山区阶梯式河道水流总阻力系数公式。新公式结果表明,通过不同类型河段的野外试验数据,表面泥沙、阶梯形状以及漂石产生的阻力系数分量之和与试验测量总阻力系数数据的误差较小。随着雷诺数和阶梯单元尺寸的增加,河床表面的泥沙肤面阻力系数基本不变,阶梯式结构形成的跌落水流过渡到滑行水流,阶梯形体阻力系数逐渐变小,而较大粒径松散漂石产生的水流阻力系数只随着雷诺数的增大而减小。  相似文献   

城市下垫面空气动力学参数的确定   总被引：10，自引：1，他引：9  

李倩  刘辉志  胡非  洪钟祥  李爱国 《气候与环境研究》2003,8(4):443-450

分析近10年北京325m气象塔常年观测资料,研究城市化发展对城市大气边界层动力学结构和特征的影响.结果表明,空气动力学粗糙度和零平面位移总体是逐年递增的.气象塔西南方向的高层建筑群是20世纪90年代初期逐渐建成,在SW方向,空气动力学粗糙度和零平面位移在90年代增加明显,增加的幅度1997年和1999年之间较大,这一点与气象塔西南方向城市化的加快相符合.而在NE、SE和NW方向,从1987年到1994年空气动力学粗糙度和零平面位移增加明显,1994年以后变化较小.  相似文献   

郑州市市区风环境模拟研究     

申鑫杰  赵芮  何瑞珍  王琦  郭煜琛 《地球信息科学学报》2020,22(6):1349-1356

城市风环境是城市微气候研究的一个重要方向,对分析城市热岛效应、空气流通等具有重要意义。本文以郑州市市区为例,使用1971—2018年气象观测数据、2018年建筑分布数据（OSM）和2016年资源三号卫星数据作为数据源,通过运用气象学和GIS技术结合的方法,探究潜在通风廊道,科学量化城市形态对风环境的影响。研究首先借助WindNinja软件,对城市背景风环境进行模拟分析,该计算方法提高了风道定位的精度。然后利用卫星遥感数据制作了数字高程模型（DSM）,结合OSM计算下垫面地表粗糙度。进一步借助ArcGIS软件,利用最小成本路径法（LCP）确定城市潜在通风廊道的位置。结果表明：① 郑州市近年来平均风速缓慢下降,平均每10年下降0.26 m/s;全年主导风向东北风进入城市后受城市形态影响在京广铁路线附近以西逐渐转为东北偏东风,其中在京广快速路以东风速较高,在京广快速路以西风速较低;② 金水区西部、中原区、二七区以及管城区的地表粗糙度较高,通风环境较差;金水区东部和惠济区的地表粗糙度较低,通风环境较好;③根据盛行风向模拟的潜在通风廊道,其共同特点是趋向于低粗糙度的地区。  相似文献   

黑土区田块尺度遥感精准管理分区   总被引：2，自引：0，他引：2  

刘焕军  邱政超  孟令华  付强  姜佰文  闫岩  徐梦园 《遥感学报》2017,21(3):470-478

基于格网采样与空间插值的精准管理分区方法精度高,但时效性差、成本高。本文以东北农垦地区红星农场农田为研究对象,提出一种基于遥感影像的精准管理分区方法:以裸土高空间分辨率遥感影像作为数据源,结合田间格网采样数据,基于裸土反射光谱特征与黑土主要理化性质的显著相关关系,运用面向对象分割、空间统计分析方法,对典型黑土区田块进行精准管理分区研究,并利用土壤理化性质和农作物生理参数,对分区结果进行评价。得出如下结论:(1)典型黑土区田块内部土壤养分含量空间变异显著;(2)基于裸土影像与面向对象的精准管理分区方法精度高,增强了分区之间的土壤养分与归一化植被指数(NDVI)差异性、分区内部各属性的一致性;(3)基于2015年4月1日和2015年5月20日单期影像分区和两期影像波段叠加(Layer stacking)分区,区间变异系数与区内变异系数之比分别为1.42、1.39和7.63,基于两期影像综合信息的分区结果显著优于基于单期影像分区;(4)基于裸土影像面向对象分割的精准管理分区方法时效性强、成本低、精度高。研究成果为田间变量施肥、发展精准农业、实现农业可持续发展提供依据。  相似文献   

Estimation of hourly and daily evapotranspiration and soil moisture using downscaled LST over various urban surfaces     

Yitong Jiang 《地理信息系统科学与遥感》2017,54(1):95-117

Surface moisture is important to link land surface temperature (LST) to people’s thermal comfort. In urban areas, the surface roughness from buildings and urban trees impacts wind speed, and consequently surface moisture. To find the role of surface roughness in surface moisture estimation, we developed methods to estimate daily and hourly evapotranspiration (ET) and soil moisture, based on a case study of Indianapolis, Indiana, USA. In order to capture the spatial and temporal variations of LST, hourly and daily LST was produced by downscaling techniques. Given the heterogeneity in urban areas, fractions of vegetation, soil, and impervious surfaces were calculated. To describe the urban morphology, surface roughness parameters were calculated from digital elevation model (DEM), digital surface model (DSM), and Terrestrial Light Detection and Ranging (LiDAR). Two source energy balance (TSEB) model was employed to generate ET, and the temperature vegetation index (TVX) method was used to calculate soil moisture. Stable hourly soil moisture fluctuated from 15% to 20%, and daily soil moisture increased due to precipitation and decreased due to seasonal temperature change. ET over soil, vegetation, and impervious surface in the urban areas yielded different patterns in response to precipitation. The surface roughness from high-rise has bigger influence on ET in central urban areas.  相似文献   

冰冻圈水资源服务功能区划研究综述   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

刘洁  黄金川  林浩曦 《干旱区地理》2018,41(4):751-760

冰冻圈作为气候系统五大圈层之一,是我国干旱区和寒区重要的水源地和固态水库,对生态、水、环境及气候等均具有重要影响。长期以来对冰冻圈产品及社会经济服务功能研究不足,遑论从地域主体功能角度对冰冻圈水资源服务功能进行区划。水资源服务作为冰冻圈资源的重要功能,是进行冰冻圈服务功能及其区划研究的重要突破口。基于冰冻圈科学、人文地理学、生态学等多学科交叉的理论和方法,重点从冰冻圈水资源分布与监测、地域功能区划、水资源服务功能分类和评估等三个方面进行了研究综述,并提出了生态系统服务功能与三生空间研究相结合的冰冻圈水资源服务功能分类体系和基于冰冻圈水资源特性、供给能力、社会经济发展水资源需求和利用效率的冰冻圈水资源服务功能评估指标体系。最后基于研究综述、已构建的冰冻圈水资源服务功能分类和评估体系,综合已有的自然地理综合区划、地域功能区划等区划实践,并探讨了未来可行的冰冻圈水资源服务功能研究方案设想,为进行全国乃至全球的冰冻圈水资源服务功能区划工作提供了理论与实践基础。  相似文献