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黄土高原冬季湍流相干结构在地表能量平衡中的作用

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地表能量不平衡问题是近40年一直困扰微气象学界的重要难题.本文利用黄土高原定西干旱气象与生态环境试验站的相关数据,通过将湍流分解为相干结构部分和非相干结构部分,在涡动相关法中引入相干结构(Coherent structure,简称为CS)的贡献,探讨了 CS在地表能量平衡中的作用.研究发现:(1)CS出现频次高,间歇性显著,在30 min平均时间中出现的数目为38个,出现时间与未出现时间分别占40％和60％左右;(2)CS对通量影响显著,引入CS贡献后,白天垂直动量通量、感热、潜热和湍流通量(感热与潜热之和)等4个通量计算的准确性均获得显著提高,分别提高达 26％(0.01 m2·s-2)、24％(25.33 W·m-2)、31％(6.23 W·m-2)和 30％(31.66 W·m-2).而不考虑CS的传统方法对这4个通量低估达19％、22％、21％和23％;(3)CS对4个通量的贡献分别为36％、41％、33％和50％;(4)传统方法得到的地表能量平衡闭合率EBR只有0.76、能量平衡残差Res为41.9 W·m-2,远未平衡.考虑CS贡献后,EBR增大至0.96、Res降低至10.4 W·m-2,地表能量接近闭合;(5)EBR与Res少量的未闭合部分可以非均匀地表产生的垂直感热平流解释.结果表明,CS大幅提高了地表能量的闭合水平,它是实现地表能量平衡的关键因素之一,是产生地表能量不平衡的最重要原因之一,应该在涡动相关法中考虑CS的贡献.
The role of turbulent coherent structure on surface energy balance on Loess Plateau in Winter

赵建华、张良、王胜、梁芸、隆霄、王涓力

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甘肃省(中国气象局)干旱气候变化与减灾重点实验室,中国气象局兰州干旱气象研究所,兰州 730020

兰州区域气候中心,兰州 730020

兰州大学大气科学学院,兰州 730000

地表能量不平衡 相干结构 涡动相关法

国家自然科学基金(重点)项目国家自然科学基金(重点)项目国家自然科学基金(重点)项目国家自然科学基金(重点)项目国家自然科学基金(重点)项目中国气象局创新发展专项甘肃省自然科学基金甘肃省气象局第八批"十人计划"项目

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2023

10.6038/cjg2022Q0184

地球物理学报
中国地球物理学会 中国科学院地质与地球物理研究所

地球物理学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：3.703
ISSN：0001-5733
年,卷(期)：2023.66(6)
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