夏季青藏高原湖泊群区域气候效应及作用机理的数值模拟研究

Focusing on the regional climactic effect of the lake clusters in Tibetan Plateau and its working mechanism in summer, to improve the applicability of lake model in simulating the lakes in Tibetan Plateau, firstly the parameterization of salt impact will be set up and key parameters related to the calculation of water and energy fluexs at air-lake interface are corrected in one dimensional lake model according to the fact that the most lakes in Tibetan Plateau are saline lakes and under the alpine arid climatic condition. Then an air-lake coupled regional climate model will be developed to reasonably simulate the air-lake interaction and regional climatic effects of the lake clusters over Tibetan Plateau by coupling the improved lake model. In this project, we will numerically study the the features of heat and water exchanges at the air-lake interface and their regional differences, and reveal the temporal variation of the impact of the lake clusters on the surface thermal situation and evaporation over the Tibetan Plateau in summer. Furthermore, the intensity and scope of the regional climatic effects of the lake clusters and their temporal variation in summer will be deeply analyzed. From this study, we will concentrate on indicating how the lake clusters in Tibetan Plateau affect the regional climate to reveal the intrinsic physical mechanisms in summer and provide necessary references for further improvements of the weather and climate predictions.

围绕夏季青藏高原湖泊群区域气候效应及作用机理问题, 针对高原湖泊地处高寒干旱区且以盐湖为主的特点, 在一维湖模式中建立盐度影响的参数化并根据真实情况校正影响湖-气水分和能量通量计算的关键参数, 提高湖模式在青藏高原地区的适用性, 通过耦合湖模式建立适合青藏高原湖-气相互作用模拟的高分辨率区域气候模式,在此基础上采用数值方法研究夏季青藏高原湖-气通量交换特征及其区域性差异, 分析湖泊群水体对高原地表热力状况和蒸发的影响程度及其时间演变规律, 揭示高原湖泊群区域气候效应的影响范围、强度及其时间演变等基本特征并探讨内在的物理机制,加深对夏季青藏高原湖泊群区域气候效应及其产生机制的认识和理解,为提高我国天气气候的预测水平提供科学依据。

与陆地相比湖泊具有反照率低、粗糙度小、热传导率低、热惯性大等物理特性，湖泊显著影响局地和区域气候变化，而青藏高原数量众多面积巨大的湖泊群如何通过影响高原地表热力状况和蒸发进而改变局地和区域气候变的机理还不清楚。围绕夏季青藏高原湖泊群气候效应及作用机理问题，该项目首先基于纳木错2年的野外和卫星观测数据验证并进一步改进了现有湖泊模型对高原湖泊热力特征的模拟能力，敏感性试验结果表明降低湖水密度最大对应温度（Tdmax）能够显著改善湖泊模型对纳木错湖冬季湖水温度垂直廓线的模拟效果，同时发现，采用参数化的湖面粗糙度、减小消光系数以及增大湍流混合系数能够明显提高湖泊模型对夏季湖水温度廓线演变特征的模拟能力。在此基础上，在WRF模式中通过改进湖泊参数化方案进而建立适用于青藏高原湖-气相互作用模拟的高分辨率的区域模式，通过敏感性试验揭示了青藏高原湖泊群对夏季2米气温和降水的影响，发现结果表明湖泊群对这些气象要素的影响不仅呈现鲜明的季节和日变化特征，同时湖泊效应也存在明显的区域性差异。具体表现为高原湖泊降低（增强）湖区及邻近地区的2米气温（降水）。湖泊在白天降低2m气温并大幅抑制午后对流降水，而在夜间湖泊会增加湖区2米气温进而促进对流性降水的发生。随着季风的推进，湖泊对2米气温的削弱作用会逐渐减小，但对降水的促进作用却不断增强。在日尺度上高原西部和东北部的湖泊群会显著降低2米气温并抑制降水，但东南部湖泊群对上方大气表现为略微增暖和显著增强降水的作用，这主要是由于这些湖泊在夜晚时能够释放大量热量使得近地层大气增温进而激发边界层不定层结从而促进对流降水的发生。该研究工作加深了对夏季高原湖泊群气候效应及作用机理的认识，为进一步提青藏高原 及周边地区天气气候的预测水平提供了必要参考依据。