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喜马拉雅山北坡地区地面大气与对流层大气交换研究
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在院创新重要方向项目“喜马拉雅山北坡地区地面大气与对流层大气交换研究”（KZCX3-SW-231）和重点基金项目“喜马拉雅山区地面大气与对流层大气交换研究”（40533018）
(邹捍课题组)
以珠峰北坡绒布河谷为代表性研究区域，以强化观测、诊断分析和数值模拟为研究手段，对该地区的大气边界层、局地环流和相关交换过程进行研究。其主要研究内容 和阶段性研究成果如下：
强化观测实验：
为了实现本项目的研究目标，正确认识喜马拉雅山区局地环流系统及其交换过程，我们在珠峰北坡地区开展了综合强化探测实验，时间为2007年5月10日到7月10日，其中有效观测时间为5月29日至6月29日。该观测实验是迄今为止在青藏高原大型山地中实施的，针对山地环流和物质/能量交换的，最为全面和连续的大气过程探测实验。
1) 从探测手段和设备上看，该实验采用众多的现代化手段，包括风温廓线仪、GPS探空、协方差脉动仪、自动气象站等；
2) 从水平尺度和分辨率上看，该实验在珠峰北坡绒布河谷长约40公里宽约2公里的区域中设置7个观测站点，按照该地区大气流场分布形成了高密度探测网络；
3) 从垂直尺度和分辨率上看，该强化实验使用的GPS探空和风温廓线仪探测范围从地面到对流层以上大气，垂直分辨率达到50米，兼有近地层小塔提供更加稳定和高垂 直分辨率的大气要素探测；
4) 从时间尺度和分辨率上看，该强化实验在2006和2007两年初夏季节进行大气探测，相互印证补充，对于全面认识该地区初夏（青藏高原热交换最为旺盛的季节）大气辐射、热力、环流和物质/能量交换过程有重要意义。为期一个月的观测周期，对于认识不同天气过程中该地区局地大气过程有重要意义。10分钟的水平大气过程采样频率和30分钟垂直大气探测采样频率为细致研究该地区大气环流和相关大气过程提供了可靠保障。10Hz湍流通量探测频率为研究近地面大气湍流物质/能量交换提供了有效数据。
分析研究
在对上述观测资料的分析中，我们获得了很多有意义的结果与发现：
1) 该地区存在强烈的太阳辐射，月平均最大强度可以达到1361.2 W•m-2（接近太阳常数）。强烈的总辐射和净辐射日变化导致了地表土壤温度和气温强烈日变化。该地区太阳辐射受到明显的地形影响，河谷中不同位置的太阳辐射日变化差异很大。
2) 该地区局地环流系统具有很强的特殊性，明显区别于经典山地气象学理论和其他地区的观测结果。其主要特征为，正午前至午夜后强烈的沿河谷下行气流，以及太阳辐射强烈时近地面剧烈的上升运动和100米以上大气的下沉运动。这一特殊局地环流系统是不同的热力驱动环流耦合的结果，包括山谷风、冰川风、坡风等，是地形和地表状态调整下强烈太阳辐射驱动的结果。这一特殊局地环流系统在该地区形成强烈的大气物质交换，平均日交换量达到6.3×1011 m3，相当于11倍的河谷大气体积。同时，这一环流系统与南亚季风的发展密切相关，季风中断期，该环流系统加强；季风活跃期，该环流系统受到抑制。
3) 在半干旱地表和强烈太阳辐射条件下，加之强烈的下行气流将较高山体上冷空气带入山谷，形成河谷地面以上的冷空气，该地区存在地面向大气的强烈感热输送，平均峰值可以达到275.60 W•m-2。该地区潜热输送远远小于感热输送，平均峰值只有74.63 W•m-2。平均最大动量输送为0.3 kg•m-2•s-1。
数值模拟研究：
本研究使用RAMS中尺度大气数值模拟系统，采用真实地形、地表状态、天气背景资料形成的初始和边界条件，对珠峰地区局地环流进行三重嵌套和高分辨率（500米）数值模拟。结果表明：
1) 该数值模式系统较为真实的再现了以珠峰地区为代表的青藏高原大型山地复杂地形和地表状态下的局地大气环流过程。与珠峰强化实验观测资料对比，数值模拟结果给出了珠峰北坡绒布河谷中清晰的局地环流日变化过程，特别是该地区占主导地位的复合下行气流，从而证实了该局地环流系统存在的必然性。
2) 在模拟结果中，还可以看到，珠峰南坡存在较强的上行气流，可以翻越喜马拉雅山主山脊进入珠峰北坡的绒布河谷地区。该气流可能形成喜马拉雅山南北坡地区的大气物质能量交换过程，有待于进一步研究。
综上所述，在强烈太阳辐射以及地形和地表状态的作用下，喜马拉雅山地区的局地环流系统具有很强的特殊性，并与南亚季风系统密切相关。喜马拉雅山区的地面大气与对流层大气间的物质能量交换过程不同于平坦的高原表面，是由山地环流系统和湍流混合共同完成的。
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