高原浅小湖泊（洱海）湖气相互作用特征研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41775018
项目类别：
面上项目
资助金额：
68.0万
负责人：
刘辉志
依托单位：
中国科学院大气物理研究所
学科分类：
D0505.大气物理学
结题年份：
2021
批准年份：
2017
项目状态：
已结题
起止时间：
2018-01-01 至2021-12-31

项目参与者：
王雷；杜群；许鲁君；刘阳；蒙小妮；李丰全；
关键词：
蒸发湖泊碳通量涡动相关

项目摘要

Lake ecosystem is one of the important indicators of climate change. The importance of lake on global mass exchange and energy cycle process is not negligible. There exist numerous lakes in our countries, more than half of which are distributed in plateau areas. It has been reported that the temperature iover Plateau area ncreased faster than global average levels. Small lakes have a more quick response to climate variability. The Erhai lake, distributed in Yunnan-Guizhou Plateau, the water and heat exchange of which has a large impact on local weather and climate. Based on long-term eddy covariance measurement of lake-air fluxes over Erhai lake, and supplement measurement of water clarity as well as water temperature profile in different locations, we will analyze the temporal patterns and controlling factors of energy balance and carbon, water fluxes between lake and air interface on different temporal scales under the background of climate warming. It will be studied that local circulation pattern of plateau lakes and the effect of urbanization on local circulation. It will also be revealed that how local ciculation and water clarity influence lake-air exchange process. On the basis of measurment data, we will evaluate and improve the parameterization scheme developed for small and shallow plateau lakes over complicated terrain.

湖泊生态系统是气候变化的重要指示器，在全球物质交换和能量循环过程中起着不可忽视的作用。我国是一个多湖的国家，超过一半的湖泊分布于高原地区。高原地区的增温趋势高于全球平均水平，浅小湖泊对气候变化的响应更快。洱海位于云贵高原，其水汽和热量交换对区域天气和气候有重要影响。本项目基于洱海地区利用涡动相关法已经开展的湖气通量的长期连续观测，进行洱海水质及不同位置水温廓线等的补充观测，分析气候变暖背景下高原浅小湖泊能量收支和湖气碳、水通量不同时间尺度的变化特征及其控制因子；研究高原湖泊的局地环流特征及城镇化对局地环流的影响，揭示局地环流(天气事件等）及水质等对湖气相互作用过程的影响。基于观测资料，发展适合于复杂地形下高原浅小湖泊的参数化方案。

结项摘要

本项目基于涡动相关法观测资料，结合数值模拟，研究了高原浅小湖泊（洱海）的湖气交换特征及局地环流特征，主要研究结果如下：分析了洱海湖气界面水热通量在不同时间尺度下的变化特征及控制因子，探讨了近地层大气稳定度和冷空气事件对水热通量交换的影响。潜热（LE）和感热（H）通量具有显著的日变化和季节变化特征。湖泊主要以LE的形式向大气输送能量。在2-9月，大约59%~85%水体吸收的净辐射（Rn）用于湖泊蒸发，剩余能量大部分储存在水体中；潜热通量随着层结不稳定度减弱而逐渐增大，最大值出现在弱不稳定至近中性的范围内；当大气层结由近中性向稳定转变时，潜热通量仍保持较大的值。感热通量随着层结不稳定度的减弱而降低，当大气层结由不稳定转变为稳定时，感热通量迅速降低并转变为负值，此时热量由大气向湖面传输。洱海地区的冷空气事件常伴随来自孟加拉湾洋面的西南气流的影响，冷空气过境时湖气间的水汽压差减小，湖气温差增大，受地形阻挡导致大风效应不明显，导致感热通量得到显著促进，受冷空气事件影响时H的平均值大约是无冷空气事件时期的6倍左右；而潜热通量存在一定程度上的削弱。冷空气事件的持续时间仅占全年8%左右，但冷空气事件所导致的感热通量可占全年的37%，潜热通量仅占全年的6.7%。冷空气事件对潜热和感热通量年际变化的相对贡献分别为19.8%和64.4%。复杂地形下，采用较粗的地形资料,通常会导致风速模拟系统性正偏差，从而引起湖气间能量交换结果偏大。采用地形订正因子,引入次网格地形参数化，发展了适用于复杂地形区高原浅小湖泊的参数化方案。增加模式垂直分辨率对近地层气象要素及热通量交换模拟影响不显著。季风爆发前，湖风与谷风叠加，形成充分发展的湖风（谷风）环流，对流边界层高度达到2300 m。季风爆发后湖陆间温度梯度减小，湖风环流减弱，环流高度降低500 m，白天边界层高度最大1100 m。季风爆发前湖泊处于储热状态，夜间湖泊吸收感热通量增温。季风爆发后，湖泊处于相对平衡状态，夜间释放感热通量加热大气。洱海的存在能够增加大理盆地热力差异。洱海改变大理局地环流特征，湖泊下垫面粗糙度小、热容量大，其热力、动力作用增加局地风速，在湖泊南端形成气旋式环流。