Page 129 - 《高原气象》2022年第1期

1 期 陆宣承等：若尔盖高寒湿地夏季近地面水平热平流对地表能量闭合度的影响研究 127
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-43. 3 W·m ，此时也是夜间风场极大值出现的时
刻。之后由于温度梯度减小及风场减弱，水平热平
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流的绝对值不断趋向于 0. 0 W·m ，夜间的平均值
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为-22. 9 W·m 。水平热流全天的日变化幅度为
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97. 3 W·m ，略高于感热通量的日变化，但全天的
平均值量级很小，为 0. 07 W·m ，可见水平热平流
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昼夜的能量收支大小相当但方向相反，全天的能量
净收支几乎为零。因此水平热平流主要影响短期
或具体时刻的能量平衡，在以天为单位的长期统计
能量平衡中不明显。
综上所述，水平热平流的产生机制与近地面温
度平流十分相似，几乎相伴而生。冷平流时，观测
图5 2017年夏季花湖观测场近地面水平热流和
区域的热量被消耗，此时水平热平流成为净辐射能
热储存的平均日变化
量的支出项。当暖平流时，外界的热量输入观测区 Fig. 5 Average diurnal variation of heat storage and
域，此时水平热平流成为地表可利用能量的输入 horizontal thermal advection in the FLOF near the
项。但需要指出的是，虽然水平热平流与近地面温 surface in the summer of 2017
度平流产生的条件几乎一致，但两者却是完全不同 响，使用草地与湿地气温观测数据与地面温度的遥
的两个物理量。可以说，水平热平流是成因，而观 感数据，拟合了湿地边界的温度梯度的日变化，并
测区域的温度变化只是产生的一种结果，即一部分 结合 2 m 风场的观测数据计算了 2017 年夏季（2017
热量进入了空气热储存。 年 6月 1日至 8月 31日）的水平热平流，将其作为净
为了直观体现热储存与热量平流在量级上的 辐射能量输出项引入地表能量平衡中。由于土壤
差异，图 5 给出了水平热平流与观测区域空气热储 热通量板埋在 10 cm 深的地下，本文通过计算 0~10
存项的日变化对比。同时图 5中也给出了土壤热储 cm 的土壤热储存，将土壤热流订正到地表（Li‐
存和植物光合作用热储存的平均日变化特征，以体 ebethal et al，2005）。考虑到湿地植被和空气的影
现水平热平流在地表能量平衡中的地位。从图 5中 响，本文也计算了植物光合作用引起的热储存以及
可以看出，影响湿地地表能量平衡的主要因素是热 近地面空气热储存。未考虑任何修正量之前，若尔
通量板上方的土壤热储存。土壤热储存平均日变 盖湿地的能量平衡比率（EBR）为 70. 4%，而线性回
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化最大值可达178. 4 W·m ，而水平热平流的日变化 归斜率（OLS）为41. 8%。
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最大值约为 58. 7 W·m ，约为土壤热储存的三分之 图 6 描述了考虑热储存和水平热平流前后，湿
一。两者日均值分别为1. 5 W·m 和0. 07 W·m ，远 地近地面能量闭合度的变化，其中横轴表示可利用
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小于相应的日变化幅度。土壤热储存和水平热流 能量，纵轴表示有效能量（H 为感热通量；LE 为潜
日变化特征相似，都为单锋型。由于水平热平流是 热通量；R 为净辐射；G 表示未经订正的土壤热储
n
10
由近地面温度梯度驱动，其相位会略微落后于土壤 存；S 为光合作用热储存；S 为空气热储存；S 为土
v
a
g
热储存。两者在 07:30 前后快速上升，12:00 左右达 壤热储存；H 为水平热平流）。考虑水平热平流与
A
到日变化峰值。随着地表温度降低不断下降，夜间 热储存后，由最小二乘法（Ordinary Least Squares，
出现绝对值与白天量级相当的负值，输入的能量几 OLS）得到的能量闭合度从最初的 41. 8% 提高至
乎抵消了白天对净辐射能量的吸收或消耗。湿地空 67. 9%。其中水平热平流对地表能量闭合度的贡献
气热储存和植被光合作用引起的热储存的影响远小 为5. 8%，土壤热储存的贡献为20. 1%，空气与植被
于土壤热储存和水平热平流。白天，湿地植物光合 热储存的贡献为 1. 0%。可见土壤热储存对地表能
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作用所吸收的热量的最大值约为 5. 0 W·m ，而空 量平衡的影响最大，其次为水平热平流，对地表能
气热储存平均日变化最大值只有约 1. 0 W·m ，两 量平衡的影响约为土壤热储存的三分之一，而空气
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者在湿地的地表能量平衡中的影响几乎可以忽略。 与植被热储存的影响量级较小，几乎可以忽略。需
3. 3 水平热平流对闭合度的影响 要指出的是，在加入水平热平流与热储存项后，平
为了量化水平热平流对近地面能量平衡的影 均地表能量闭合度有明显提升，但仍有约 32. 1% 的