PDF《张杰空气动力学阻抗算法在半干旱区的应用 比较和遥感反演_...》

张杰, 张强, 黄建平.

空气动力学阻抗算法在半干旱区的应用比较和遥感反演[ J] . 高原气象, 2010, 29( 3) : 662-

670 收稿日期:

2009204 222;

改回日期:

2010201 213 基金项目: 国家自然科学基金项目( 40830957) 资助 作者简介: 张杰( 1974) ) , 女, 甘肃民勤人, 博士, 副研究员, 主要从事陆面过程、边界层、 陆气相互作用的遥感反演研究 E 2mail: gs2zhangjie@163. com 空气动力学阻抗算法在半干旱区的应用 比较和遥感反演 张杰1,张强2,黄建平

3 ( 1. 气象灾害省部共建教育部重点实验室/ 南京信息工程大学, 江苏 南京 210044;

2. 中国气象局 兰州干旱气象研究所, 甘肃 兰州 730020;

3. 兰州大学 大气科学学院, 甘肃 兰州

730000 ) 摘要: 结合

2005 年中国西北半干旱区定西试验站的观测资料, 使用

9 种空气动力学方法, 估算了阻 抗和感热通量, 并与涡动相关阻抗结果进行了对比, 分析了 5~

9 月涡度相关测得阻抗的平均日变化特 征, 结果表明: (1)由于西北干旱、半干旱区和黄土高原的稀疏植被地区在植物生长季节内存在温度 高、降水少、空气干燥等特点, 热量和水汽输送具有特殊性;

Choudh-

1、Verma- R 空气动力学阻抗 方法对热量和动量传输的粗糙度长度、热量和动量及水汽输送的修正函数描述得较好, 空气动力学阻 抗估算精度较好, 由此获得的感热效果也较好, 较适用于该地区.( 2) 风速对阻抗起主要作用;

植被覆 盖度增加和植被密度增大的同时也增加了热量和水汽传输的粗糙度, 有助于空气动力学阻抗降低.(3) 采用 Choudh-

1 方法和遥感资料反演的阻抗效果较好. 关键词: 稀疏植被;

空气动力学阻抗;

风速;

感热通量 文章编号:

1000 20534( 2010)

0320662209 中图分类号: P404 文献标识码: A

1 引言 空气动力学阻抗是指中性层结时参考高度与植 被活动面高度之间的动量传输阻力[ 1- 2] , 它是影响 地表动量、能量及水分交换的重要因素之一[ 3- 5] . 自20 世纪

70 年代 Monin- Obukhov 相似理论在 遥感反演地表能量方面应用以来, 空气动力学阻抗 经历了发展和逐步完善的过程.Monteith[ 6- 7] 认为, 在一个饱和表面上, 蒸发量由地表面温度、参 考高度的空气湿度以及蒸发面与参考高度间水汽输 送的空气动力学阻抗所决定, 并建立了空气动力学 阻抗估算模型.Brown et al. [ 8] 根据能量平衡、作 物阻抗原理建立的作物阻抗 ) 蒸发散模型, 成为热 红外遥感温度应用到作物蒸发散模型的理论基础. Verma et al. [ 9] 、T hom[ 10] 、 Hatfield et al. [ 11] 、 Mahrt et al. [ 12] 、 Choudhury et al. [ 13-

1 4] 、 Xie Xian2 qun[ 15] 也先后提出很多计算空气动力学阻抗的模 型, 这些模型各有特色 [ 16] .刘绍民等 [ 17- 18] 应用裸 地和玉米地的动力学参数的观测资料验证了这些模 型的应用精度, 发现 Choudhury-

1、Xie Xianqun、 Thom 模型与边界层校正模型的一致性较好, 而Mahrt- Ek 和Hatfield 模型则较差.究竟是模型 的适用范围有限制还是其本身存在问题, 还不是太 清楚.值得注意的是, 这些模型的建立大多在玉米 或裸地进行试验验证的, 是否同样适用于稀疏植被 区, 特别是水汽相对较少、热力作用较强的中国西 北地区[ 19- 20] , 还没有答案.由于热力和水汽交换 的空气动力学阻抗影响因素不同, 因此有必要将这 些方法在西北稀疏植被区的实用性进行验证和必要 的改进[ 21] .另外, 本研究试图确定一种合适的空 气动力学阻抗模型, 进行遥感参数化, 以获得区域 尺度上的阻抗. 本研究结合中国气象局兰州干旱气象研究所设 置在黄土高原上雨养农业区定西试验基地的一年地 面超声、通量观测及自动站观测资料, 对空气动力 学阻抗进行估算和分析, 进而对比分析不同模型的 精度和差异, 确定较为适宜的空气动力学阻抗估算 模型, 为西北地区陆面过程参数化方案的改进提供 第29 卷第3期2010 年6月高原气象PLAT EAU MET EOROLOGY Vol.