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大涡模型闭合与绿洲地表湍流通量空间分布模拟

湍流通量 参数化方案 绿洲下垫面

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.1 大气物理、化学交叉

大涡模拟方法越来越多地被用于研究异质下垫面条件下的大气与地表相互作用。然而，基于莫宁-奥布霍夫相似理论的参数化方案常常违背该理论的基本假设，与大涡模拟中的湍流闭合方案存在不一致性，并且导致模拟的地表通量依赖于模式分辨率。为此，我们提出了一种适用于大涡模拟的新型地表湍流通量估算方案。该方案首先利用大涡模拟的次网格闭合方案在局地尺度上计算通量，然后通过莫宁-奥布霍夫相似理论在宏观尺度上施加约束。与多种传统方案相比，新方案在不同类型的地表条件下均表现出更优的模拟性能。我们利用在绿洲地区多个高度获取的野外实测数据对所提方案进行了验证，结果表明，模拟的地表通量与观测值吻合良好。此外，与地表能量平衡相关的其他变量，包括净辐射、土壤热通量和地表皮肤温度，也与观测数据具有较好的一致性。基于模式水平分辨率的敏感性试验进一步验证了该方案的稳健性：即便水平网格距发生变化，其校正能力依然保持有效。研究表明，随水平网格分辨率提高，莫宁-奥布霍夫相似理论对模拟通量的宏观约束作用增强，且对感热通量的影响大于潜热通量。综上，本研究所提出的方案在提升大涡模拟地表通量估算精度方面具有良好前景和较强的适用性。