青藏高原大气边界层结构及其发展机制研究

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2023.013

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (4): 414 -428. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.013

青藏高原大气边界层结构及其发展机制研究

王春晓 ¹ ^, ²(

), 马耀明 ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ ^, ⁵ ^, ⁶(

), 韩存博 ¹ ^, ² ^, ⁴ ^, ⁶

^1.中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室地气作用与气候效应团队，北京 100101
^2.中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 100101
^3.兰州大学大气科学学院，甘肃兰州 730000
^4.西藏珠穆朗玛特殊大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站，西藏定日 858200
^5.中国科学院加德满都科教中心，北京 100101
^6.中国—巴基斯坦地球科学研究中心，伊斯兰堡 45320，巴基斯坦

收稿日期:2022-12-17 修回日期:2023-02-20 出版日期:2023-04-04
通讯作者: 马耀明 E-mail:wangchx@itpcas.ac.cn;ymma@itpcas.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目“珠穆朗玛峰南北坡地区复杂地表地气间水热交换变化规律研究”(42230610);国家科技专项“第二次青藏高原综合科学考察研究”任务一之第3专题“地气相互作用及其气候效应”(2019QZKK0103)

Research on the Atmospheric Boundary Layer Structure and Its Development Mechanism in the Tibetan Plateau

Chunxiao WANG ¹ ^, ²( ), Yaoming MA ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ ^, ⁵ ^, ⁶( ), Cunbo HAN ¹ ^, ² ^, ⁴ ^, ⁶

^1.Land-Atmosphere Interaction and Its Climatic Effects Group, State Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Resources and Environment (TPESRE), Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
^2.Collega of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
^3.College of Atmospheric Science, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
^4.National Observation and Research Station for Qomolongma Special Atmospheric Processes and Environmental Changes, Dingri Tibet 858200, China
^5.Kathmandu Center of Research and Education, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
^6.China -Pakistan Joint Research Center on Earth Sciences, Islamabad 45320, Pakistan

Received:2022-12-17 Revised:2023-02-20 Online:2023-04-04 Published:2023-04-18
Contact: Yaoming MA E-mail:wangchx@itpcas.ac.cn;ymma@itpcas.ac.cn
About author:WANG Chunxiao (1999-), female, Taian City, Shandong Province, Master student. Research areas include atmospheric boundary layer observation and simulation. E-mail: wangchx@itpcas.ac.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China “The study of land-atmosphere water and heat flux interaction over the complex terrain of north and south slopes of the Qomolangma region”(42230610);The Ministry of Science and Technology of China “Land-atmosphere interaction and its climate effect of the Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program”(2019QZKK0103)

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研究青藏高原大气边界层对于我们认识其地面的热量与水分收支状况，了解高原及其周边地区的天气和气候变化具有重要意义。然而，高原大气边界层观测资料的匮乏制约着青藏高原的天气与气候研究。首先，梳理了针对青藏高原大气边界层的大气科学试验情况；其次，归纳了青藏高原大气边界层的高度与风场结构、温度与湿度场结构的研究进展，并从热力学和大气动力学角度介绍了大气边界层的发展机制，在此基础上，对目前研究中存在的不足进行了探讨，指出青藏高原大气边界层的研究还处于揭示现象阶段，对发展机制的研究不够深入，对整个高原面上不同区域同一时间的联动研究较少。针对上述不足之处对未来的研究方向进行了展望。

关键词: 青藏高原, 大气边界层结构, 发展机制

Studying the atmospheric boundary layer over the Tibetan Plateau is of great significance for understanding the heat and water budget, weather, and climate change of the plateau and its surrounding areas. However, the research on the weather and climate of the Tibetan Plateau is restricted by the lack of observational data. The atmospheric science experiments on the atmospheric boundary layer over the Tibetan Plateau were reviewed in the present study. Furthermore, the research progress on the height, wind field structure, temperature, and humidity field structure of the atmospheric boundary layer over the Tibetan Plateau was summarized, and the development mechanism of the atmospheric boundary layer was introduced from the perspectives of thermal and atmospheric dynamics. Accordingly, the shortcomings of the current research in this field were discussed, and it was highlighted that the research on the atmospheric boundary layer of the Tibetan Plateau is still in the exploration stage and that the research on the development mechanism is not thorough enough. Few studies have simultaneously examined the linkages between different regions on the plateau at the same time. Finally, considering the aforementioned shortcomings, future developments have been proposed.

Key words: Tibetan Plateau, Atmospheric boundary layer structure, Development mechanism

中图分类号:

P421.3

图1 大气边界层研究进展的示意图^{［

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］}

Fig. 1 Schematic diagram of the research progress in atmospheric boundary layer^{［

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］}

表1 青藏高原地区观测到的高度较高的大气边界层

Table 1 The deep atmospheric boundary layers observed over the Tibetan Plateau

观测地点	观测月份	观测地点海拔高度/m	大气边界层厚度/m	大气边界层海拔高度/m	参考文献
西藏那曲	6月	—	3 000	—	［ 43 ］
西藏安多	6月	4 700	3 550	8 250	［ 38 ］
西藏珠峰	5月	5 149	3 880	9 029	［ 39 ］
西藏改则	2月	4 415	5 000	9 415	［ 40 ］
西藏	6~8月	—	4 000	—	［ 41 ］
西藏安多	6~8月	4 696	3 200/1 000*	7 896/5 696*	［ 42 ］

表1 青藏高原地区观测到的高度较高的大气边界层

Table 1 The deep atmospheric boundary layers observed over the Tibetan Plateau

观测地点	观测月份	观测地点海拔高度/m	大气边界层厚度/m	大气边界层海拔高度/m	参考文献
西藏那曲	6月	—	3 000	—	［ 43 ］
西藏安多	6月	4 700	3 550	8 250	［ 38 ］
西藏珠峰	5月	5 149	3 880	9 029	［ 39 ］
西藏改则	2月	4 415	5 000	9 415	［ 40 ］
西藏	6~8月	—	4 000	—	［ 41 ］
西藏安多	6~8月	4 696	3 200/1 000*	7 896/5 696*	［ 42 ］

图2 对流边界层高度与实时感热通量（a）和累积感热通量（b）的相关对比^{［

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］}

Fig. 2 Correlation of convective boundary layer thickness with real-time sensible heat flux （a） and cumulative sensible heat flux （b）^{［

78
］}

图3 对流边界层与残余层之间的正反馈循环增长形成超厚对流大气边界层的示意图^{［

78
］}

Fig. 3 Schematic diagram of positive feedback growth mechanism between super thick convective boundary layer and residual layer^{［

78
］}

图4 运动的类型（a）和大气运动的示意图（b）^{［

97
］}
数字表示不同的边界层过程：1. 贯穿对流；2. 热泡穿透对流边界层顶，到达残余层并返回；3. 热泡穿透残余层，到达自由大气并返回

Fig. 4 Examples of types of motions （a） and schematic descriptions of motions （b）^{［

97
］}
The numbers indicate different boundary-layer processes：1. Penetrative convection； 2. Overshooting thermals detrain from the convective boundary layer top， reach the residual layer， and return； 3. Overshooting thermals penetratethe residual layer， reach the free atmosphere， and return

图5 大气边界层高度与东部高原和西部高原影响因素的关系示意图^{［

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］}

Fig. 5 The schematic diagram for relationships between the atmospheric boundary layer height and the influential factors in the eastern Tibet Plateau and the western Tibetan Plateau^{［

41
］}

图6 青藏高原上方边界层示意图^{［

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］}

Fig. 6 Schematic figure of the atmospheric boundary layer above the Tibetan Plateau^{［

16
］}

图7 2014年11月23日西风环流、大尺度西南风以及西风动量向下传输对地表风场、地表热通量、残余层和大气边界层高度影响的物理过程流程图^{［

110
］}

Fig. 7 Flow chart of the physical process of the influence of the westerly circulation， large-scale southwest wind and downward transmission of westerly momentum on surface wind field， surface heat flux， residual layer and atmospheric boundary layer height on 23 November， 2014^{［

110
］}

图8 青藏高原大气边界层结构及其发展机制研究方案与技术路线

Fig. 8 Research scheme and technical route of the atmospheric boundary layer structure and its development mechanism on the Tibetan Plateau

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