雪面微气象特征和能量水分输送的观测研究

The snow cover is a special and very important land surface.The physical properties of accumulated snow and the prediction of snowmelt play an important role in military, traffic, hydrological, meteorological, environment monitoring and remote sensing fields. In the study of land surface process, it is difficult to find out the micrometeorological characteristics of atmosphere on the snow surface, the physical properties of snow layer and the transmission characteristics of energy and water. At present, the study of land surface process including accumulated snow mainly depends on the results of external observation test. However, China lacks the favorable observational data for the process of snow accumulation and melt now due to the limited conditions and surroundings of experiments. The project prepares to design a complete experiment scheme for observing the land surface process of snow accumulation. By depending on the observation stations in Maqu, and Maduo, it will observe the physical quantities of surface layer atmosphere, snow layer and soil in the states of accumulated snow and snowmelt. The observational data will be employed to further analyze the micrometeorological characteristics of land surface process, the transmission characteristics of energy and water and the physical properties of snow layer and soil in the states of accumulated snow and snowmelt, and comprehensively analyze the internal connections and laws of physical components, in order to build the accumulated snow database. This is of great importance to developing and testing the land surface model of accumulated snow and snowmelt suitable for China, and promoting the simulation of accumulated snow with the numerical model and the capability of atmospheric remote sensing.

雪覆盖层是一类特殊而又十分重要的下垫面。积雪的物理特性和融雪量的预测对军事、交通、水文、气象、环境监测及遥感等领域都具有重要作用。雪面大气的微气象特征与雪层的物理特性及其能量水分输送特征是陆面过程研究中的一个难题。包括积雪在内的陆面过程的研究的基础支撑之一是外场观测试验，但是由于实验条件和环境的限制，我国现在还没有很好的积雪融雪过程的观测资料。本项目将设计较为完善的积雪陆面过程观测实验方案，依托甘南玛曲和青海玛多观测站，对雪面的近地层大气、雪层、土壤在积雪和融雪状态下的各物理量进行观测。利用观测资料深入分析陆面过程在积雪和融雪状况下的微气象特征和能量水分的输送特征以及雪层、土壤的物理特性，综合分析各物理要素之间的内在联系和规律，建立积雪数据库，对于发展和检验适用于我国的积雪融雪陆面模式、提高数值模式在积雪方面的模拟以及大气遥感能力是至关重要的。

在基金项目资助下，围绕项目计划书，项目组开展和完成了以下研究内容：.（1）依托甘南玛曲和青海玛多观测站，设计和架设了积雪微气象观测实验方案，对雪面的近地层大气、雪层、土壤的物理量进行了观测。目前已收集2013年底-2016年底的观测资料，建立积雪数据库。..（2）利用观测资料进行分析，揭示青藏高原玛曲和玛多地区在积雪前后和融雪状况下的温度、水汽、风以及土壤温度、水分和反照率、大气辐射等物理量的变化特征及影响因素。降雪后地表反照率迅速增大至0.8-1之间，向上短波在积雪期间约为无积雪晴天的2-3倍。当地表有积雪覆盖时，由于积雪对地表的制冷作用，其温度和水汽垂直梯度具有不同的特征。..（3）利用观测资料对积雪过程的能量水分的输送特征分析表明: 积雪期，白天，雪面的辐射加热比大气辐射加热吸收的热量多，雪面温度（水汽）高于大气温度（水汽），雪面向大气输送热量（水汽）；夜间，雪面的辐射冷却比大气辐射冷却快，雪面从大气吸收热量（水汽）。积雪不仅仅改变下垫面的特性，积雪还隔绝了土壤与大气的能量和水汽交换，雪面的相变特性会随着温度的变化而改变，其能量和水分的垂直输送也有其特殊性。.（4）利用陆面模式CLM模式和耦合其的区域大气模式WRF-CLM对积雪过程进行了模拟研究，二者都可以较好的模拟积雪过程，模式中雨雪分离方案对模拟结果特别是耦合大气模式的模拟结果影响显著；实际地形高度和高精度水平分辨率的应用有利于提高模拟精度。.在本项目支持下，对玛曲和玛多的积雪下垫面的陆面过程进行了研究，项目共资助已发表论文11篇（其中9篇SCI），另2篇已接受待发表，2篇已完成，实用新型专利1项，培养已毕业硕士研究生1名，硕士论文1篇，在读研究生1名。本项目资助的部分研究仍在继续，为丰富和发展积雪微气象理论提供依据，并进一步改进积雪陆面模式。