沙漠-绿洲生态系统
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第13章
沙漠－绿洲生态系统陆－气相互作用
和绿洲效应的数值模拟
outline
一、引言
二、资料来源
三、模式介绍
四、结果分析
引
言原因使得有的绿洲萎缩消失了，有的绿洲则生存了下来，并且有所扩展，一定有其原因所在，既有外因、也有内因；什么尺度的绿洲及绿洲植被覆盖度多大最有利于绿洲的维持等是要探索的关键问题。我们利用数值模拟的方法在研究了绿洲荒漠地区水热输送、动力学机理的基础上，对以上问题进行了系列数值模拟和灵敏度因子检验，得到了一些值得思考的结果。
陆面物理与大气耦合模式•本模式：参考了
Deardorff地-气相互作用参数化方案
Noilhan土壤含水量参数化方案
Dickinson生物圈大气圈模式参数化方案
Sellers 简单生物圈模式参数化方案
完善了
陆面物理过程参数化模式
完成了
陆面物理过程与大气边界层模式的耦合
资料来源-黑河实验•在水平尺度50km的模式中，应用了1991年夏季HEIFE实验野外观测基本观测实验（FOP）
•张掖站(绿洲）：平坦开阔，春小麦、玉米套种；化音站（戈壁）：水平均匀戈壁；沙漠站（沙漠）：起伏沙丘06时的平均资料作为初始场资料；
•在水平尺度100km的模式中，应用了1991年夏季HEIFE实验野外观测IOP—2观测中小屯(绿洲)、化音（戈壁）的月平均资料拟合，作为绿洲、戈壁地区的模式初始场资料
微分方案及模式模拟区域
•时间微分：向前差分（时间步长为10s）
•空间网格：
1、50×20个格点，水平1－15荒漠，16－35绿洲，
36－50荒漠
2、100×20个格点，水平1－30戈壁，31－70绿洲，
71－100戈壁
水平方向：间隔为1000m
垂直方向：0, 10, 20, 50, 80, 100,150, 200, 250, 300, 400,500, 750, 1000,1250,1500，2000,2500,3000,4000
结果分析
绿洲-
荒漠地区地表辐射平衡
Diurnal variation of ground surface heat balance over desert
and oasis areas 荒漠和绿洲地表热量平衡的日变化
H
H
潜热通量地表温度与土壤含水量6789101112131415161718Time(h)290300310320330T (K )gobi
oasis
6789101112131415161718Time(h)
0.220.240.260.28
0.3
0.320.34w g (m 3/m 3)0.4350.4360.4370.4380.439
0.44W 2(m 3/m 3)
w 2
w g 绿洲-荒漠地表温度日变化图绿洲土壤含水量日变化图
678910111213
1415161718
Time(h)0
1
2
3
4
5
-T (K
)
上下游荒漠之间地表温度差
Fig.1 Diurnal variation of ground surface heat balance over
desert and oasis areas
图1荒漠和绿洲地表热量平衡的日变化
H
H
绿洲－荒漠地区温度、湿度和风速的垂直输送特征
6789101112131415161718
Time(h)
100
200
300
400
500L E (W /m 2
/s
)
不同植被覆盖度下绿洲地区潜热通量的日变化
13:00垂直温度剖面
13:00垂直湿度剖面
13:00
水平和垂直风速垂直剖面
u(m/s)w(cm/s)
13：00湍流动能垂直剖面图（单位：）
22/m s
r
绿洲效应及其敏感性因子的研究1、背景场风速（外部因子）
中尺度运动随大尺度水平风速变化
绿洲效应及其敏感性因子的研究2、降水与灌溉（外部因子）
绿洲效应及其敏感性因子的研究
3、绿洲尺度（内部因子）
西北地区地区现存绿洲水平空间尺度的概率分布
绿洲效应及其敏感性因子的研究
4、土壤湿度（内部因子）
绿洲效应及其敏感性因子的研究
5、粗糙度（内部因子）
绿洲效应及其敏感性因子的研究6、植被覆盖率（内部因子）
绿洲效应及其敏感性因子排序
绿洲效应及其敏感性因子排序敏感性因子排序
背景场风速1
降水1
绿洲尺度2
土壤湿度3
植被覆盖率3
植被组成4
灌溉5
植被空间分布5
粗糙度6
总结
绿洲植被
潜热
通量
地表
温度
空气
湿度
冷岛
效应
湿岛
效应
湿度
场
温度
场
风场蒸
散
能量
平衡
水汽
通量
热
输
送
水
输
送
温室
效应
静力
平衡
湿度
平流
温度
平流
植被
生理
不
匀
不
均
匀