南极冰盖大气结构探测及资料验证研究

【摘要】本文利用东南极高原昆仑站GPS探空资料、中山站至昆仑站（DomeA）的气象站观测数据及辐射资料，分析了昆仑站地区夏季大气垂直结构特征，研究了Panda‐1站辐射平衡特征和再分析资料在东南极地区的适用性。主要结论如下：1.昆仑站地区大气垂直结构分析表明：南极高原对流层中部平均垂直温度递减率为5.2℃/km，低于全球平均的对流层中部的递减率(6.5℃/km），采用递减率（LRT）计算的对流层顶的平均高度和平均温度分别为4.6km（海拔高度9.5km）和-51.3℃。水汽主要集中在距地2km以下的对流层中。边界层中存在多层逆温结构，强逆温层出现在500m以下高度，边界层平均高度为890m，并具有上午低，午间高的日变化特征。2.辐射平衡分量分量的特征分布显示：年平均反射率为0.8，反射率在夏末和夏初达到最大值。各个季节均可出现总辐射瞬时值高于大气顶的辐值情况，春季发生频率最高，冬季发生频率最小。总辐射和反射辐射平均日变化呈现单峰型。向下长波辐射除夏季外，几乎没有日变化，冰雪面向上长波辐射除冬季外，各季节平均日变化呈现明显的单峰单谷型。净辐射全年基本都为负值，仅在12月和1月为很小的正值。年平均净辐射为-8.7W.m-2，地表相对于大气是冷源，除了大气逆辐射和太阳短波辐射之外，地表还以感热和潜热的方式从大气获得热量。3.再分析辐射资料在南极高原适用性分析表明：ERAinterim辐射分量在Panda-1地区的适用性都明显好于其他的再分析资料，这可能归因于其四维变分(4D-VAR)数据同化系统的应用、新的云预报方程和改进的参数化方案以及同化了更多的卫星资料雷达等非常规探测资料。对于向下短波辐射，NCEP-1与实测值之间偏差最大(18.7W.m-2)，可能原因是模式对大气透明度的高估和对云量的低估。对反射率模拟的偏差直接导致了各模式对净短波辐射模拟偏差。NCEP-1与JCDAS都低估了Panda-1地区的地表反射率，模式中地表吸收了更多的向下短波辐射，最终导致对净短波辐射模拟偏高。对向下长波辐射，四种再分析资料都存在不同程度的低估，冬季偏差大于夏季，其中NCEP-1与NCEP-2偏差最大(分别为-62.6W.m-2和-37.3W.m-2)。四种再分析资料均不能很好的反映Panda-1地区净辐射的年变化情况，夏季偏差小，冬季偏差大。虽然再分析资料与观测比较存在明显的误差，而在东南极高原地区，观测站点稀少，再分析资料仍是研究东南极地区气候的一种有效工具。4.对温、压、湿等再分析资料在中山站至昆仑站断面适用性研究表明：（1）在不同的站点和不同的季节，不同的4种再分析温度资料表现出不同的偏差。与观测的气温相比，通常ERAinterim与实测气温的偏差最小，适用性最强。从沿海到南极内陆地区，能够用于同化的地表资料逐渐减少，因此再分析气温与实测温度的绝对偏差从沿海到内陆逐渐增加，适用性逐渐减小。（2）地形是造成各模式在东南极高原地区对气压模拟能力差异的主要原因，在沿海地区，地形比较复杂，模式地形高度与实际高度存在的差异，导致再分析气压与实测气压的偏差较大。而在内陆地区，地形平缓，模式地形高度与实际地形高度的偏差很小，因此实测气压与再分析气压之间的偏差较小。得益于四维变分同化方案的应用以及更多的观测资料的引入，ERAinterim在东南极高原的适用性明显优于其他几种再分析资料。（3）在冰盖内陆地区，四种再分析资料都不同程度的高估了本地区的湿度，通常ERAinterim对比湿的模拟也明显优于其他几种再分析资料。再分析比湿适用性也存在明显的季节差异，夏季偏差大而冬季偏差小。
【作者】傅良；
【导师】效存德；卞林根；
【作者基本信息】中国气象科学研究院，气象学，2014，硕士
【关键词】南极高原；大气边界层；辐射特征；再分析资料适用性；

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