沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用数值模拟.pdfVIP

中国科学D辑地球科学2006，36(11)：1037～1043 1037 沙漠绿洲陆面物理过程和地气相互作用 数值模拟米 刘树华①②料 刘和平①② 胡 予①② 张称意② 梁福明①② 王建华①② (①北京大学物理学院大气科学系，北京100871；②国家气候中心中国气象局 气候研究开放实验室，北京100081) 摘要 利用一个已发展的陆面物理过程参数化方案与大气边界层数值模式耦合，模拟了半干 旱区沙漠绿洲非均匀下垫面的陆面物理过程及其与大气边界层的相互作用过程，成功地模拟了 局地气候效应和地表温度、净辐射、感热和潜热通量特征并与实测资料进行了比较．给出“绿洲 效应”这一自然现象的垂直剖面上更为清晰准确和细致的结构特征，结果表明：“绿洲效应”具有明 显的“冷岛效应”和“湿岛效应”；它表现为在绿洲区域比戈壁沙漠区域环境温度低、湿度大、湍流 动能输送弱，具有下沉气流而导致与周围戈壁沙漠区域产生水平输送环流．这些结果对于深入了 解绿洲气候的形成和绿洲的维持机理具有重要的意义． 关键词 沙漠．绿洲 陆面物理过程 陆．气相互作用 绿洲效应 数值模拟 SurfaceProcess 征的不同，导致了陆面过程中地表热量、动量及能量 陆面过程(Land LSP)是指发生在 地表与大气之间水分、热量、动量及C02等的交换过 收支平衡的差异，并在地气相互作用下形成了一种 程，包括地面上的热力过程、水文过程和生物过程， 特有的区域气候特征，“这就是绿洲效应”．而分析认 地气问的能量和物质交换以及地面以下土壤中的热 识绿洲区域气候效应的自然规律，对当代绿洲的开 传导和水热输送过程．发生在地表附近的这些交换 发、利用和保护，对控制与改善生存环境具有重要而 过程，进而与大气边界层过程耦合，实现自由大气和 深远的意义．“绿洲效应”既是一种区域气候特征，也 低层大气间的能量和物质交换，这一过程直接影响 是一种区域环境生态特征，它在绿洲系统自我维持 着大气边界层和区域气候的形成．在于旱半干旱地 过程中发挥着比较重要的作用．为了研究这一自然 区，由于绿洲与戈壁、沙漠下垫面土壤、植被分布特 现象，揭开千百万年来绿洲在干旱环境中的存在延 收稿日期：2005—1I一30；接受日期：2006—03．23 家自然科学基金(批准号资助项目 8+E—mail：Lshuhua@pku．edu．crl Ser．DEarthSciences SCIENCEINCHINA 1038 中国科学D辑地球科学 第36卷 续及与戈壁、沙漠相互作用之谜，近年来无论在野外观 京时间)． km×100km 测‘¨1还是数值模拟[5’111方面已有许多的研究．本文在 三维版本除假设水平空间尺度是100 的地区外，其他设定与二维版本相同．垂直方向上虽 陆面植被过程研究[12,13】，简单生物圈模式(SiB)[10,1a】、简 5]和应用于全球气候模式 然模式采用地形追随坐标，但本文中并不考虑地形 单生物圈改进模式(SiB2)n 研究的简单生物圈模式SSIB【l刨研究的基础上，发展因素，垂直方向分层与二维版本一致．2个版本均模 了更为完善简洁的陆面物理过程参数化方案，并与 拟区域随下垫面不同，其物理参数也不同．模拟区域 大气边界层数值模式