第五章 邊界條件和下墊面強(qiáng)迫-1.ppt

第五章非定常大氣邊界層問(wèn)題 1974年 氣候系統(tǒng)概念 陸地表面約占地球表面三分之一 是全球氣候系統(tǒng)重要而最為復(fù)雜的組成部分 陸面自然生態(tài)系統(tǒng) 人類活動(dòng)相關(guān)的LULCC 第一節(jié)地表強(qiáng)迫引起非定常變化 氣候系統(tǒng)示意圖 氣候系統(tǒng)包括 大氣圈水圈冰雪圈巖石圈生物圈 陸面構(gòu)成及其復(fù)雜陸氣相互作用的復(fù)雜性 全球陸面構(gòu)成的分布 植被 1 幾何特性 如高度 粗糙度 2 結(jié)構(gòu)特性 如冠層的葉面積指數(shù)及冠層內(nèi)葉片空間和朝向的分布 根的分布 3 物理特性 如熱力學(xué)和水力學(xué)特性 4 化學(xué)特性 4 光學(xué)特性 如反照率 透射率和吸收率 5 生理生化特性 如光合作用與大氣的輻射 溫度 濕度及co2濃度等的關(guān)系 等 土壤包括質(zhì)地 結(jié)構(gòu)特性 如孔隙度 顆粒大小 物理特性 如熱力學(xué)特性 水力學(xué)特性 和光學(xué)特性 如反照率 水文過(guò)程 植被和土壤質(zhì)地的性質(zhì)和它們的分布外 還要給定地形及地貌特征 如高程 坡度和坡向 流域分布 河網(wǎng)水系 這些特性的定性和定量確定既隨不同下墊面的類型和性質(zhì)而變 也隨時(shí)間和空間而受 同時(shí) 還受空間非均勻性和變異度的影響 從現(xiàn)有的知識(shí)水平以及已掌握的資料和信息來(lái)看 它們中很多還帶有很大的不確定性 這給陸氣相互作用研究帶來(lái)很大的困難 陸 氣相互作用示意圖 1 熱力過(guò)程 2 動(dòng)量交換過(guò)程 3 水文過(guò)程 4 物質(zhì)交換過(guò)程 5 陸面過(guò)程和陸面狀態(tài)的描述 一地表輻射收支平衡 太陽(yáng)短波輻射 地氣長(zhǎng)波輻射 地表輻射及能量平衡示意圖 Ein Eout IE internalenergy 基本的能量平衡公式 EinDt DIE EoutDt 地表能量平衡 某單一地表能量平衡過(guò)程 Rsi RLi Rsh RLh H lE CpDT miscellaneous 其中Rsi 入射太陽(yáng)短波輻射 RLi 向下的大氣長(zhǎng)波輻射Rsh 反射的短波輻射 RLh 向上的地表長(zhǎng)波輻射H 感熱通量 l 汽化潛熱E 蒸發(fā)率 Cp 地表熱容DT 溫度變化量miscellaneous 土壤冰凍過(guò)程 生物化學(xué)過(guò)程以及降水對(duì)熱量的存儲(chǔ)過(guò)程等消耗的熱量 等等 RsRsRLRLHlE T DiurnalSurfaceRadiationBudget Arya 2001 長(zhǎng)波的測(cè)量RL PyrgeometerKippandZonenCG4RL dependsoneffectiveatmospherictemperatureEffectiveBlackbodyTemperatureTeff RL s 1 4 KippandZonenCG4 EppleyPIR 大氣 Rs diffuse Rs direct Sun 地面 esT4 Rs aorRs 凈輻射 RN RsN RLN RL 1 e RL RL OtherNetRadiometers KippandZonenNRLitePyradiometer REBSPyradiometer Source CampbellScientific 地表溫度Ts的測(cè)量 ExtrapolatetemperatureprofilemeasurementsnearthesurfaceLargeerrors unlessverywindyInfraredthermometer remotelysensed PyrgeometerThenmustknowemissivityforsurfaceFinewirethermocouple insitu CampbellScientificFW3is0 003 indiameter FW1is0 001 FW05is0 0005 Smallsensorsdonotabsorbasmuchsolarradiation 地表能量收支平衡 輻射收支方程能量平衡方程 凈輻射 地表反射太陽(yáng)輻射 入射太陽(yáng)輻射 地表向上長(zhǎng)波輻射 地表吸收大氣逆輻射 凈輻射 感熱 潛熱 土壤熱通量 地表儲(chǔ)熱 下墊面能量平衡示意圖 南京城市地表能量平衡示意2006年夏季 MeasuringQG HG RN H HL MidNight HG RN H HL MidDay 白天和夜間的能量平衡 Thinboundary 城市地表能量平衡H HL HG HS Qf RNQf 人為熱通量交通 工業(yè) 居民生活等釋