青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環境效應中國科學院知識創新工程艱苦工程北麓河近地層能量保送與微氣候特征錢澤雨胡澤勇杜萍張艷武主要內容問題的提出計算方法數據分析得出的結論存在的問題地表能量平衡地表加熱場地表動力學粗糙度地表反照率總體保送系數問題的提出青藏鐵路建立中最大的問題是如何堅持路基的穩定性，建成后的青藏鐵路對其下伏凍土的影響不僅要思索路基的動力學效應，其熱力學效應也同樣非常重要。一千多公里青藏鐵路沿線的地形和小氣候各不一樣，對其地氣間的相互作用將主要經過方式的方法進展診斷，然而由于地形與氣候條件的不同，方式中眾多的初始場參數必然不同，因此這些參數確實定將對方式的模擬精度產生重要的影響問題的提出〔續〕本文利用北麓河2002年五月架設的一套新型自動氣候站六月份觀測資料，在給出該地域的能量平衡和地表加熱場特征后，試圖確定對方式陸面過程參數化產生重要影響的地表動力學粗糙度、地表反照率和動量〔熱量〕總體保送系數Thesensibleheatflux,latentheatfluxandfrictionvelocitywithoutstratificationreductionshowas:AccordingtoM-Osimilaritytheory,wecanget:Briefintroductiontotheaerodynamicmethod計算方法Sothesensibleheatflux,latentheatfluxandmomentumfluxdescribeas:TheuniversalfunctionsareusedasPruitt’sforms計算方法RichardsonNumber數據分析—地表能量平衡〔1〕各分量均具有明顯的日變化規律，即在早晨日出后開場增大，在當地時間中午到達最大值后開場減弱，在夜間出現最小值〔2〕就觀測時段來說，白天土壤熱通量、感熱通量和潛熱通量在凈輻射中所占份額相當〔3〕在晴天(6月24日)情況下，北麓河地域凈輻射特征值約為630W/m2，5cm土壤熱通量為150W/m2，感熱和潛熱分別為180W/m2和220W/m2左右，Bowen比約0.8在北麓河地域，季風對地氣間能量交換的影響并不像藏北高原草甸下墊面〔安多觀測站〕那么明顯〔季風降臨前以感熱為主，季風降臨后感熱明顯減小，而潛熱變為地氣間能量交換的主要分量〕北麓河31/5~2/6土壤熱通量、凈輻射、感熱和潛熱的日變化數據分析—地面加熱場研討青藏高原地面對大氣的加熱效應不僅對東亞地域的天氣氣候甚至對北半球的大氣環流場都產生著重要的作用，同樣對于研討局地凍土穩定性方面也存在著重要的意義。高原下墊面對大氣的加熱作用可經過輻射過程和湍流過程進展，其中輻射過程是指地表的輻射能的收支，湍流過程是指地表吸收太陽輻射能后經過湍流保送的方式向大氣保送熱量和水汽通量的過程。數據分析—地面加熱場(續)〔1〕北麓河實驗期白天為強熱源，夜間冷熱源不明顯〔有時為弱冷源有時微弱熱源，取決于當時的天氣情況，并不象人們普通所說的夜間為弱冷源。〕〔2〕熱源強度存在明顯的日變化：中午前后存在明顯的極大峰值，夜間出現最小值，其變化規律由總輻射的日變化和局地天氣氣候條件決議北麓河31/5~2/6地面加熱場的日變化數據分析—空氣動力學粗糙度空氣動力學地表粗糙度是表征近地面層空氣動力學特性的根本參數，是陸面過程研討中有關下墊面屬性中地表與大氣之間能量和水分交換過程首先要確定的最根本物理量的一部分，也是影響總體保送系數計算準確性的關鍵因子。在計算動力學地表粗糙度時，主要有利用塔站梯度觀測資料的對數風廓線法和利用準確的湍流脈動觀測資料的獨立確定方法。對數風廓線法獨立確定方法數據分析—空氣動力學粗糙度續將空氣動力學粗糙度與近中性條件下的靜力學穩定度進展擬合后可得到北麓河數據采集期的中性條件下的動力學粗糙度數據分析—空氣動力學粗糙度續地點下墊面屬性動力學粗糙度沙漠沙漠0.0003[OkeT.R]戈壁戈壁0.00025[胡隱樵等]臨澤麥地〔高約1米〕0.30[賈立等]改那么荒漠沙石0.0026[周明煜等]當雄開闊干河谷0.0022[周明煜等]昌都河谷草地0.0014[周明煜等]安多高原草甸0.0043[錢澤雨等]北麓河稀疏短草沙壤土0.0025[本文]北麓河空氣動力學粗糙度與當雄、改那么相當，約為昌都的兩倍，約為安多的一半，遠大于沙漠和戈壁，遠小于臨澤。這種不同主要由植被的高度、密度和類型以及地表的土壤特征導致不同地點、不同地表屬性中性條件下空氣動力學粗糙度的比較數據分析—地表反照率對于青藏高原復雜的地形、特殊的下墊面和劇烈的太陽輻射來說，地表反照率是表征局地下墊面不同屬性對局地小氣候影響的重要參數平均來說，北麓河地表反照率6月份約為0.22，降雪后可超越0.9，但隨著降雪的融化，土壤濕度加大，使得反照率明顯減小〔0.16左右〕北麓河不同時段地表反照率日變化數據分析—地表反照率續地點〔實驗〕下墊面屬性地表反照率〔6月〕改那么〔TIPEX〕荒漠沙石0.31[周明煜等]當雄〔TIPEX〕開闊河谷0.17[周明煜等]昌都〔TIPEX〕河谷草地0.16[周明煜等]安多〔GAME/Tibet〕高原草甸0.25[錢澤雨等]北麓河短草沙壤土0.22[本文]北麓河地表反照率與安多相當，小于改那么而明顯大于當雄和昌都是由于地表屬性的不同呵斥不同地點、不同地表屬性下6月份地表反照率的比較數據分析—動(熱)量總體保送系數Cd在不穩定時主體落在10-3附近，穩定時隨穩定度的增大而降低且離散，Ch主要落在10-2~10-4之間近中性條件下北麓河地表動量和熱量總體保送系數分布圖數據分析—動(熱)量總體保送系數地點(實驗)下墊面屬性動量總體保送系數〔中性〕熱量總體保送系數〔中性〕改澤〔TIPEX〕荒漠沙石2.31×10-32.15×10-3當雄〔TIPEX〕開闊干河谷1.80×10-31.50×10-3昌都〔TIPEX〕河谷草地4.40×10-34.70×10-3北麓河短草沙壤土1.74×10-31.37×10-3不同地點、不同地表屬性中性條件下動量〔熱量〕總體保送系數比較中性條件下動量總體保送系數與熱量總體保送系數略小于當雄地域而明顯小于改那么和昌都，但在量級上相當得出的結論北麓河地表能量平衡中的各物理量場〔土壤熱通量、凈輻射、感熱、潛熱〕均具有明顯的日變化特征，且感熱和潛熱對地表向大氣保送能量的奉獻相當，這種情況與安多地域在5-6月期間感熱保送占主導位置的特點并不一致地面加熱場同樣具有顯著的日變化特征，白天為強熱源，夜間的冷熱源特征不夠明顯，這與高原其它地點的夜間表現微弱冷源的特征并不一致得出的結論續地表空氣動力學粗糙度遠比戈壁和沙漠大，比昌都約大一倍，與當雄、改那么相近，小于高原安多地域，但顯著小于臨澤地域，這種不同主要是由各個地點不同的下墊面屬性的不同導致地表反照率6月份約為0.22，與其它高原實驗的同期〔6月份〕相比大于當雄和昌都而小于改那么與安多中性條件下動量總體保送系數與熱量總體保送系數略小于當雄地域而明顯小于改那么和昌都，但在量級上相當總結與存在的問題從以上得到的結論可以發現，在對北麓河這一地域做單點模擬的陸面