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一个积雪模式的改进及地面积雪过程数值模拟

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第一章引言

1.1研究目的和意义

1.2地表积雪物理过程研究进展

1.2.1地表积雪定义和分类

1.2.2沉积、变形与融化过程

1.2.3能量收支与平衡

1.2.4风和下垫面状况的作用

1.3积雪的数值模拟与预报研究进展

1.4本文主要研究内容

第二章积雪物理过程的观测特征

2.1观测及资料概况

2.2天气形势

2.3积雪发展的物理过程

2.4本章小结

第三章模式介绍及改进

3.1模式的物理模型介绍

3.2参数化方案

3.2.1短波辐射和反照率

3.2.2长波辐射

3.2.3降水热通量

3.2.4感热、潜热以及升华

3.2.5雪面温度

3.2.6融雪水流出

3.3模式改进

3.3.1新雪密度

3.3.2雪密度随时间的演变

3.3.3雪密度方案

3.3.4下垫面有效深度的选取

第四章积雪过程的数值模拟

4.1积雪过程模拟结果

4.1.1雪水当量

4.1.2积雪厚度

4.2积雪过程的物理机制

4.3本章小结

第五章影响积雪过程的主要因素-敏感性试验

5.1新雪反照率的敏感性试验

5.2雪盖持水力的敏感性试验

5.3本章小结

第六章主要结论及本文特色

6.1主要结论

6.2本文特色

6.3存在的不足与今后的研究方向

参考文献

致谢

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摘要

2010年1月,在湖北省恩施雷达站进行了降雪过程外场观测试验。本文首先分析了一次典型降雪过程中空气温度、水泥路面温度、相对湿度及积雪过程演变特征,然后基于美国犹他州雪积聚和融化模式,针对原模式使用定常雪密度进行改进,在模式中对新雪密度及积雪密度随时间变化进行参数化,从而对积雪物理过程及积雪厚度演变进行了数值模拟研究,分析各个物理量对积雪过程的影响,并进行了一系列敏感性试验。主要结论如下:
   (1)降雪开始后,由于水泥地面温度高,地面上并没有积雪,雪落地即化。随着雪的融化吸热,当水泥路面温度降到0℃以下,地面积雪开始形成并不断累积,地面积雪厚度增加。融雪阶段积雪厚度的减小主要受太阳辐射和水泥地面的影响。夜间热量主要来自地面,积雪融化缓慢;白天热量主要来自太阳辐射,融化迅速。积雪和融化过程中相对湿度一直维持在98%到100%之间。
   (2)原模式能很好地模拟出积雪累积和融化过程,检验了模式对积雪过程的模拟能力。改进密度后,对积雪厚度的模拟比原模式更接近实际值。
   (3)在积雪累积过程中,降水量是占主导作用的质量来源;融化阶段,净辐射通量是占主导作用的能量来源。积雪融化产生的液体水流通量的模拟与积雪厚度的减小存在比较好的对应关系,尤其是在积雪厚度明显减小的时期,这也是模式对积雪变化模拟效果较好的原因。
   (4)随着反照率的增加,雪盖吸收到的太阳短波辐射量减少,故雪盖消融所需的时间越长。
   (5)积雪持水力的变化主要是对积雪的融化产生比较大的影响。随着积雪持水力的提高,阻碍了融化水的流出,融化过程变慢;相反,加速了积雪的融化过程。

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