边界条件和下垫面强迫.ppt

第五章 非定常大气边界层问题,,1974年：气候系统概念,陆地表面约占地球表面三分之一， 是全球气候系统重要而最为复杂的组成部分.,陆面自然生态系统+人类活动相关的LULCC,第一节 地表强迫引起非定常变化,,气候系统示意图,气候系统包括: 大气圈 水 圈 冰雪圈 岩石圈 生物圈,陆面构成及其复杂 陆气相互作用的复杂性,,全球陆面构成的分布,植 被 （1）几何特性 (如高度、粗糙度) （2）结构特性 (如冠层的叶面积指数及冠层内叶片空间和朝 向的分布、根的分布) （3）物理特性(如热力学和水力学特性)、 （4）化学特性 （4）光学特性（如反照率、透射率和吸收率） （5）生理生化特性(如光合作用与大气的辐射、温度、湿度 及co2浓度等的关系)等土 壤 包括质地、结构特性(如孔隙度、颗粒大小)、物理特性(如热力学特性、水力学 特性)和光学特性(如反照率)●水文过程： 植被和土壤质地的性质和它们的分布外，还要给定地形及地貌特征(如高程、坡度和坡向、流域分布、河网水系)这些特性的定性和定量确定既随不同下垫面的类型和性质而变，也随时间和空间而受，同时，还受空间非均匀性和变异度的影响；从现有的知识水平以及已掌握的资料和信息来看，它们中很多还带有很大的不确定性，这给陆气相互作用研究带来很大的困难。

陆－气相互作用示意图,,（1）热力过程 （2）动量交换过程 （3）水文过程 （4）物质交换过程 （5）陆面过程和陆面状态的描述一 地表辐射收支平衡,,太阳短波辐射,地气长波辐射,地表辐射及能量平衡示意图,,Ein,Eout,IE (internal energy),,,基本的能量平衡公式:,EinDt = DIE + EoutDt,地表能量平衡,某单一地表能量平衡过程:,Rsi +RLi = Rsh + RLh + H +lE + CpDT + miscellaneous,其中 Rsi = 入射太阳短波辐射； RLi = 向下的大气长波辐射 Rsh = 反射的短波辐射； RLh = 向上的地表长波辐射 H = 感热通量； l = 汽化潜热 E = 蒸发率； Cp = 地表热容 DT = 温度变化量 miscellaneous =土壤冰冻过程，生物化学过程以及降水对热量 的存储过程等消耗的热量,等等.,,,Rs Rs RL RL H lE,T,Diurnal Surface Radiation Budget,Arya (2001),长波的测量 RL,Pyrgeometer Kipp and Zonen CG4 RL depends on effective atmospheric temperature Effective Blackbody Temperature Teff = (RL/s )1/4,Kipp and Zonen CG4,Eppley PIR,,,,,,大气,Rs diffuse,Rs direct,Sun,地面,,esT4,,Rsa or Rs,,,,净辐射 (RN) = RsN + RLN,,RL ,,,(1-e)RL ,,RL ,Other Net Radiometers,Kipp and Zonen NR Lite Pyradiometer,REBS Pyradiometer,Source: Campbell Scientific,地表温度 Ts的测量,Extrapolate temperature profile measurements near the surface Large errors, unless very windy Infrared thermometer (remotely sensed) Pyrgeometer Then must know emissivity for surface Finewire thermocouple (in situ) Campbell Scientific FW3 is 0.003“ in diameter, FW1 is 0.001“, FW05 is 0.0005“ Small sensors do not absorb as much solar radiation,,,,地表能量收支平衡,辐射收支方程 能量平衡方程,净辐射,地表反射太阳辐射,入射太阳辐射,地表向上长波辐射,地表吸收大气逆辐射,净辐射,感热,潜热,土壤热通量,地表储热,,下垫面能量平衡 示意图,,,南京城市地表能量平衡示意 2006年夏季,Measuring QG,,,,HG,RN,H,HL,Mid Night,,,,,,HG,,RN,,,H,HL,Mid Day,,白天和夜间的能量平衡,Thin boundary,,,城市地表能量平衡 H + HL + HG + HS = Qf +RN Qf：人为热通量 交通，工业，居民生活等释放,,,不同年份人为热日变化,对地表能量平衡的影响,,,2004 1980 2004－1980 地表能量平衡日变化（2004年8月4日8：00－5日8：00）,感热,净辐射,人为热,潜热,土壤热通量,。