文摘

进行了为期一个月的实地观察活动,覆盖大约100公里²的戈壁沙漠地区东南博斯腾湖银行在2016年的夏天。这项研究的目的是检查低大气的物理特性land-lake非均匀底层表面在中国西北的戈壁沙漠。统计分析的结果表明,在观察期间,白天的平均表面横向热梯度达到−0.2°C /公里湖岸南戈壁沙漠地区。7公里的近地表风场水平程度从湖岸由陆上微风平均风速峰值超过5米/秒。在大气表层isohumidity层高度10至50米a.g.l.观察从11点到18:00 LST。同样,一个案例研究的大气边界层和本地循环进行了分析。在岸微风发现发挥重要作用在垂直当地大气边界层的结构。数值模拟结果表明,当地有一个昼夜交替循环博斯腾湖地区。

1。介绍

中国的新疆维吾尔自治区位于远离海洋,在亚欧大陆腹地。天山,从西向东延伸,将新疆划分为两部分,即新疆南部和新疆北部[1,2]。由于天山的屏蔽影响,降水主要集中在天山山区和新疆北部。与此同时,新疆南部主要是由干旱戈壁沙漠(3- - - - - -5]。博斯腾湖位于新疆焉耆盆地南部,毗邻东北塔克拉玛干沙漠的边缘。它是中国最大的内陆淡水湖泊和措施从东到西约55公里长,20公里宽从南往北递增。平均水深7.5米(6]。其丰富的淡水资源生态环境发挥重要作用,以及区域社会经济发展(7]。

博斯腾湖的南岸,位于远离城镇和几乎完全被戈壁沙漠覆盖。这个地区拥有一个相对平坦的表面,提供了良好的条件,考试物理特性的低气氛的影响下湖地区的非均匀底层表面在戈壁沙漠。显著的温度之间的差异已经观察到湖(酷)和土地(温暖)表面白天,尤其是在夏天季节当冷静在新疆南部天气条件往往占上风。自本世纪初以来,大气观测进行了有计划地在这一领域。然而,早期的观测数据相对稀疏。

除了直接的野外观察,利用数值模拟也是一个强大的方法来研究atmosphere-land互动(8- - - - - -11]。中尺度数值天气模型已经发现有效地模拟大气边界层中的复杂的磨损过程(ABL),已成功地应用于研究地区发行量。萨缪尔森和Tjernstrom用三维中尺度模式表明,边界层流动模式的主要影响因素的Tamnren湖,水面积只有34公里²区别在湖和土地之间的表面粗糙度12]。同时,借助nonhydrostatic中尺度模式,Stivar等人表明,湖湖地区的温度差异引起的微风有显著影响当地发行量伊泰普湖地区(13]。最近,天气最先进的研究和预测(WRF)模型应用于模拟低空气流场的复杂结构(14- - - - - -16]。

本研究的目的是讨论低大气的物理特征的影响下湖地区的地表异质性在夏天季节在中国西北的戈壁沙漠。为此,进行了为期一个月的实地观察活动,覆盖大约100公里²的戈壁地区。同时,WRF模式被用来模拟昼夜进化的微风在湖地区发行量选择案例研究。

2。数据和方法

2.1。研究区气象观测数据

本研究观察面积大约是100公里²位于东南博斯腾湖银行特征的海拔上升逐渐从湖岸到南部和平坦strip-like地形从东到西(如图1)。平均地形高度大约是1100米a.s.l。,和the land surface was covered with sparse Gobi vegetation. The elevated peaks to the south of Bosten Lake were the Kuluketage Mountains, which presented a rather unique condition for the development of breezes. It was observed that the onshore breeze, acting in phase with the slope winds, generated stronger and more persistent flow fields [17]。数值试验还表明,内陆地势升高往往大大加强离岸风的一部分当地的日发行量,相比与本案没有地形(18]。张成的观察活动从7月15日到8月15日,在2016年的夏季。降水仅发生在8月8日(27毫米)在研究区,被排除在分析之外。

研究区域的观测仪器主要包括表面气象变量分布测量系统(SMVDMS),连同一个气象塔,用来测量水平和垂直梯度的大气近地表气象变量层。同时,边界层探测设备中使用的观测。图1研究中显示了设备布局区域。SMVDMS包括共有五个地面气象站。这些电台提供2米的日常观察温度、气压2米,2米相对湿度,10米风。在这些气象站,一套是位于中心的研究区域(一份)。其他人则位于北(MS1)和南部(MS3),以及在东部和西部,在一份6.8到7.4公里,分别。MS1博斯腾湖靠近。观察期间,数据收集间隔时间的温度、相对湿度、风向、风速都设置为10。

气象塔高100米,和传感器安装在高10米,二十米,35米、50米,70米,80米,离地面100米,分别。每个高度配备温度和湿度传感器,以及三维超声风速传感器。与此同时,气压传感器只安装在10和100米的高度。气温、气压、相对湿度数据存储在60年代采样间隔和三维速度的10年代。然后,一组永久安装的l波段探空仪雷达和一个GPS探测系统(位于MS1旁边)应用于大气边界层水深点选择的案例研究。本研究的样本高度间隔的无线电探空仪是50米,当GPS探测连续存储每隔一秒。

2.2。WRF模型的描述和设置

中尺度数值天气预报(NWP)模型,用于本研究WRF模式3.6版本,与一个高级研究WRF (ARW)动态解算器主要发达国家大气研究中心(NCAR) (19,20.]。WRF模式是一种强大的数值天气预报和大气模拟模型,及其众多物理和动态包已经被科学界广泛了。完全可压缩和nonhydrostatic模型,WRF允许高空间分辨率为特定地区,这是一个适合本研究的选择。数值仿真实验运行四个嵌套域。表1总结了模型域设置。外部域(D1)覆盖中国的新疆省,青藏高原、蒙古西部高原。同时,最好的网格域(D4)覆盖大多数博斯腾湖,连同整个目标区域的研究中,如图1。使用相同的网格数量为每个域,以确保足够的父母和巢域之间的过渡空间。每个域包含33个垂直拉伸的水平,与顶级100 hPa。有17个水平在1.2公里离地面的高度,其中第一级的网格点位于约17米的高度。

WRF物理参数化方案中使用这个模拟包括以下:延世大学(YSU)行星边界层方案和中尺度型(MM5)表层的计划。作为一个外地关闭方案考虑夹带,发现YSU显示良好的模拟影响白天对流边界层和夜间稳定边界层(21- - - - - -23]。诺亚计划采用的地表模型,为了提供YSU表面通量,计算土壤温度和水分四层。其他物理方案包括微观物理学WRF一次性的三级计划(WSM3);快速辐射传输模型(RRTM)对长波辐射;Dudhia方案对短波辐射;和一个Kain-Fritsch积云参数化方案。

提供的初始和边界条件1°×1°NCEP全球对流层最终(新兵)操作模型分析(https://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2/),可用每6小时间隔。然后,获得先进的空间承担全球数字高程模型热发射和反射辐射仪(ASTER GDEM)数字高程数据被用作地形数据,解决1′′。本研究模拟本身在00:00 UTC (LST = UTC + 6 h) 8月11日,2016年。它不断跑了36个小时,模型输出9分钟的间隔。第一个12小时模型模拟的“向上”过程中,由于初始相对粗糙的分辨率条件。

3所示。结果

3.1。分析近地表气象变量

本节详细介绍博斯腾湖在当地气候的影响。

在地面风场的日变化明显。图2显示了风向的分布作为时间的函数在该研究领域,从SMVDMS获得数据。风被分成16个方向,间隔为22.5°。表面风的方向领域表现出相当明显的昼夜模式,他们都集中在北方在上午和下午(N-NW从上午9点到20:00 LST,陆上的微风),而在夜间和清晨的风更分散。然而,一个主要部分起源于南方(从22:00 SW-ESE LST 07:00)。

图3显示的平均风速、温度和含湿量作为时间的函数,由MS1记录,一份,MS3气象站观测期间。图3(一个)表明,陆上微风发达从上午9点到1号16:00时,以及更高的风速与陆上微风对夜间微风,最高速度达到大约5米/秒。气象站之间的变化曲线比较表明,陆上风可能主导当地风况的水平程度超过7公里湖岸位于(一份)。然而,进一步向南MS3位置,风流动的影响在山区突出。

图3 (b)显示了cold-island博斯腾湖的影响,白天气温由MS1记录被发现明显低于MS3和一份。同时,平均水平温度梯度达到−0.2°C /公里南北方向,有利于引发在岸的微风。然而MS1的夜间温度变化,一份,和MS3决心是几乎相同,这表明,辐射冷却夜间戈壁沙漠中发挥了主导作用。

从对比中特定的湿度变化曲线详细图3 (c)显然,博斯腾湖的存在改变了水分分布和日变化在戈壁沙漠的湖岸。由于连续运输的水蒸气陆上微风,表面水分靠近湖岸日出后增加到大约LST 16:00时(注:在同一时间,湿度下降在南部戈壁沙漠),和积极的水平湿度梯度存在从北到南。

图4显示了平均含湿量在不同高度作为时间的函数,由气象塔记录。为了更清楚地显示的结构细节,垂直的平均含湿量在不同时间从图4提出了在图5。从数据可以看出4和5大气近地表层似乎逆湿度11点至18:00 LST。在此期间,一个isohumidity层10米和50米a.g.l.之间观察到。

图6(一)表明,风速垂直梯度的陆上微风小于夜间微风。最小值出现在大约上午9点低水位体系域,这是一个微风过渡和大气湍流混合的结果。方程(1)是用来计算理查森数在观察期间如下: 在(1),代表了重力加速度;代表了潜在的温度在20米的高度;代表了潜在的温度在10米的高度;代表风速度20米的高度;和代表了风速在10米的高度。平均计算结果后,平均日变化的状态确定,如图7。

通过比较数据6 (b)和7它可以看到,在戈壁沙漠主要是由大气湍流热强迫。由于强烈的湍流混合在过渡期间从近海到陆上微风,最低风速的垂直梯度被发现在研究区发生在上午。

3.2。一个案例研究

在这项研究中,8月12日被选为一个案例研究的大气边界层和地方循环分析,由于缺乏任何重大天气迫使8月8日的降水。

图8显示了风速剖面的高度从地面不到2公里,而图9介绍了潜在的温度和含湿量资料的高度离地面不到5公里,在8月12日12点。GPS探头和无线电探空仪记录在湖岸和南部戈壁沙漠,分别。从图可以看出8的边界层风场显然是受到研究地区的陆上的微风。例如,大规模流占西南大风(从200°- 270°),1和2公里之间的高度,而风向改变从西南到西北约650 m的湖岸。陆上的微风深入内陆,微风影响高度观察上升。达到无线电探空仪雷达的位置时,风向改变高度决心是接近约1.1公里。

ABL的高度也基本参数描述对流层较低的结构。在对流条件下,ABL的高度通常是与高架反演的基础或稳定层的高度显著减少空气湿度(24]。theta-increase方法往往是申请的决心(ABL高度25- - - - - -27]。从图可以看出9完全混合ABL存在在无线电探空仪的位置雷达和对流边界层的深度约2公里。观测运动期间,中午ABL的无线电探空仪雷达的位置可能超过3公里甚至更高(测量没有显示),这是由于激烈的湍流混合在戈壁沙漠(28]。然而,由于博斯腾湖的冰凉的湖水效果,湖岸大气湍流混合被抑制。在这种声音,水分过渡层还不清楚在湖岸和基础的稳定层,在潜在的温度开始显著增加,延长近在地上。此外,湖岸湿度层被观察到明显高于南部的戈壁地区,可以达到约6公里。

高分辨率的输出WRF模拟用于区分微风博斯腾湖周围循环。图10显示了风的水平分布流和散度在10米的高度在午夜的内域和中午风流动。图11介绍了风场的垂直截面高度不到3公里,这个概要文件在哪里画在87°19′E。在图11,垂直气流的速度乘以2的权重因子,以显示微风的垂直结构发行量更重要。

确定在本研究中,两个数字注明日博斯腾湖地区大气环流的演变。夜间山谷风的影响下从周围的山坡,近地表气流转向博斯腾湖,收敛前成立湖的表面(图10 ())。然后,气流被迫上升,和一个小循环细胞可以识别(图(11日))。

这是观察到表面的气流场转移到中午几乎相反的方向的控制下更强烈和更高的陆上的微风。与此同时,湖的表面散度中心(数据转换10 (b)- - - - - -10 (d))。著名的向上运动的气流沿着山脊线Kuruketage山脉在南方,湖的表面沉降流的影响下。10点LST,陆上的微风的高度还不到300米,且没有明显的大气环流。然而,两个小时后,南戈壁地区的陆上微风延长大约有600米高,直到14:00 LST,陆上风强度进一步加强,形成一个更大的循环细胞比在夜间(数字11 (b)- - - - - -11 (d))。值得注意的是,大气的运动细胞循环图所示11都是顺时针,这表明风与天气的关系。此外,Kuruketage山脉拉长的方向垂直于微风,这有效地阻止了低级的大规模流动通过博斯腾湖,从而营造良好的条件日当地风发行量的进化。

4所示。结论

在这项研究中,低大气的物理特性在戈壁地区毗邻博斯腾湖2016年夏季进行。为此,进行了为期一个月的实地观察活动,覆盖大约100公里²的戈壁沙漠。同时,WRF模式被用来模拟昼夜的进化微风在湖地区发行量为一个特定的案例研究。本研究的主要目的是讨论和分析大型湖泊的影响当地气候的中国西北的干旱戈壁沙漠。

数据的分析主要集中在动态和低层大气的热特性。表面使用五个气象站气象变量测量。分析地表风向分布作为时间的函数显示当地的风况的日常模式。比较的风速,温度,湿度和具体揭示了强度和旅行的陆上的微风以及冰凉的湖水博斯腾湖的影响。本研究的分析气象塔测量显示分层的昼夜演化和近地表大气湍流活动层。比较的湖岸测深和戈壁沙漠测深揭示了博斯腾湖边界层结构的影响。这项研究集中在周日当地大气循环利用WRF模式演化的动力降尺度NCEP再分析资料1公里。然后,低层气流博斯腾湖周围被有效地区别。

总结了本研究的结论如下:

由于博斯腾湖冰凉的湖水的影响在白天,一个强大的热梯度在研究区域的表面观察,有利于在岸微风的触发。白天的活动湖岸也抑制,和一个非完备混合ABL的存在。

陆上微风主导当地表面风况的水平程度超过7公里从湖岸,峰值平均风速达到大约5米/秒。近地表风速的垂直梯度的影响不仅由大气湍流混合,而且夜间之间的过渡和陆上的微风。陆上的微风也发现发挥重要作用在垂直当地大气边界层的结构。

由于连续白天水汽平流,积极水平湿度梯度存在从湖岸到南部的戈壁沙漠。也,一个isohumidity层高度10至50米a.g.l.大气中可观察到近地表层从11点到18:00 LST。此外,湖岸的湿度层明显高于南部的戈壁沙漠。

数值模拟显示,昼夜交替当地博斯腾湖地区大气环流的存在。在夜间,地面流场转向博斯腾湖,和融合形成漂浮在湖面的前面。中午,强大的陆上的控制下的微风,湖的表面转变成散度中心,伴随着沉降流。的强度和高度中午微风发行量比夜间的更加突出。此外,区域地形为周日的进化提供了有利条件当地风发行量。

这项研究的结果表明,在夏季期间在中国西北的干旱戈壁沙漠地区,大湖的存在显著改变当地的低层大气的物理特性。因此,它被证实,这些湖泊发挥积极作用在当地气候。下一步将是完全进一步的研究在其他季节。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。