Page 9 - 《高原气象》2021年第5期

高 原 气 象 40 卷
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表1 鄂陵湖和K湖冬季冰期（2015-11-22/2016-04-22）各驱 作的K湖驱动数据是可信的。
动气象要素对比
Table 1 Comparison of driving meteorological elements 5 原因分析
between Nogring Lake and K Lake in winter ice period
5. 1 局地气候特征的影响
（2015-11-22/2016-04-22）
鄂陵湖位于青藏高原，所处位置海拔高、太阳
鄂陵湖 Kilpisjärvi湖
气象要素 辐射强、降水少、冬季少雪，这种独特的气候条件
范围 平均值 范围 平均值
可能是造成其冬季冰期湖泊温度持续上升的原因。
-1
降水强度/（mm·h ） 0~0. 05 0. 004 0~0. 45 0. 05 为了验证这一猜想，选取了同样是结冰期有冰覆盖
向下短波辐射/（W·m ） 60~340 196. 001 0~220 41. 71 但湖温基本保持水平的位于芬兰西北部的北极苔
-2
风速/（m·s ） 2~9 4. 98 0~12 3. 50 原湖 K 湖设计了 6个实验组来对鄂陵湖的驱动场进
-1
向下长波辐射/（W·m ） 120~270 191. 98 140~310 233. 73 行单要素替换实验，进而探究高原地区局地气候特
-2
-1
比湿/（kg·kg ） ≤0. 0045 0. 0014 ≤0. 0041 0. 0027 征对冬季湖温持续上升现象的作用及其对湖温模
气温/°C -23~4 -9. 81 -38~3 -9. 15 拟产生的影响。由于不同深度湖水温度随时间的
变化具有一致性，所以选取 3 m 湖温来对模拟结果
对比［图 2（b）］代表了湖泊浅层的模拟效果，两者的
进行分析，以下6个实验组主要分为三部分来分析。
相关系数高达 0. 98，偏差为-0. 03 °C，均方根误差
5. 1. 1 风速和向下短波辐射
为 0. 96 °C，在结冰期，模拟值和观测值基本重合。
当用 K 湖较小的向下短波辐射作为驱动进行
14 m 湖温模拟值和观测值的相关系数为 0. 98，偏
模拟时，冬季冰期的湖泊温度稳定维持在 0 °C左右
差为 0. 09 °C，均方根误差为 0. 90 °C，说明模式亦
［图 5（a）］，最大冰厚为 1. 5 m，远高于实际观测值
可以模拟出湖泊较深层的温度变化趋势［图 2（c）］。
和控制组模拟值［图 5（b）］。由此可见，青藏高原较
综上所述，LAKE2. 3 可以很好地模拟出鄂陵湖冬
强的向下短波辐射是造成鄂陵湖冬季冰期湖泊温
季冰期湖泊温度持续上升现象，且整体相关系数大
度持续上升的主要气候因子：一方面结冰期鄂陵湖
于 0. 95，偏差的绝对值小于 0. 1 °C，均方根误差小
的向下短波辐射平均值比 K 湖的向下短波辐射平
于1 °C。
均值大 154. 29 W·m ，向下短波辐射实验组模拟出
-2
控制组模拟的冰厚最大值只有 0. 48 m，而观测 的最大冰厚比控制组模拟的最大冰厚大 1 m，在湖
的最大冰厚值为 0. 73 m，模拟值较观测值小约 30%
冰反照率为 0. 28，冰消光系数为 3. 0 m 的条件下，
-1
［图 2（d）］，这可能是由于冰厚的观测工作是在湖岸 控制组相对于实验组，向下短波辐射强，冰厚小的
进行，在冰的冻结和融化过程中，高原较大的风力 情况下，控制组即高原地区湖冰吸收的辐射少，导
作用会使得破碎的湖冰在未冻结水域迁移、聚集并 致较高的热量透过冰在湖泊内部堆积，因此造成了
叠加，从而形成聚合冰，而这种冰大多在湖岸边缘 冬季湖泊温度持续上升。
堆积（汪关信等，2020）。LAKE2. 3是一维模式，无 K 湖较小的风速使冬季湖泊温度仍然持续上
法模拟出湖冰由于风力作用而形成的堆积和叠加 升，且相对于用鄂陵湖较大的风速作驱动时的模拟
现象，因此模式中对于湖冰厚度的模拟还不尽完 结果，冬季 3 m 湖温约高出 2 °C，结冰开始的时间
善。综上所述，LAKE2. 3 对鄂陵湖湖温的模拟性 有所延后［图 5（a）］，冰完全融化的时间有所提前，
能较好，对于冰厚的模拟由于观测资料和模式本身 冰厚约减小了 0. 02 m［图 5（b）］。由于冰厚减小，
的限制，效果不是很好，未来还需要进一步了解。 因此冰吸收的辐射有所减少，透过冰到达水里的辐
4. 2 K湖评估结果 射增加，因此当用较小的风速做驱动时，湖温有所
用 LAKE2. 3 对 K 湖 1993 年的湖温进行模拟， 升高。
将 5~30 m 湖温的平均值与其观测值作对比（图 3）， 5. 1. 2 降水强度和向下长波辐射
结果表明：LAKE2. 3 较好地重现了 K 湖冬季湖温 用 K 湖较高的降水作驱动时，冬季产生的降雪
基本保持水平这一特征，两者的相关系数为 0. 93， 最高可达 0. 13 m［图 6（c）］，此时湖泊表面被积雪
均方根误差为 0. 91 °C，平均偏差值为 0. 14 °C，夏 覆盖，湖表反照率为积雪的反照率 0. 6，而鄂陵湖
秋两季的模拟值稍有偏差，但偏差的绝对值小于 地区较少的降水量不足以形成降雪，湖表反照率为
1. 8 °C。因此可以验证 LAKE2. 3 在 K 湖是适用的， 冰反照率 0. 28。虽然降雪可以增加湖表反射的太
并且用 EKK 站点数据和 NCEP-DOE 再分析资料制 阳短波辐射，但由于同时也使冰厚减小了约 0. 1 m