青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)

青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程艱苦工程北麓河近地層能量保送與微氣候特征錢澤雨胡澤勇杜萍張艷武主要內(nèi)容問題的提出計(jì)算方法數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論存在的問題地表能量平衡地表加熱場(chǎng)地表動(dòng)力學(xué)粗糙度地表反照率總體保送系數(shù)問題的提出青藏鐵路建立中最大的問題是如何堅(jiān)持路基的穩(wěn)定性，建成后的青藏鐵路對(duì)其下伏凍土的影響不僅要思索路基的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，其熱力學(xué)效應(yīng)也同樣非常重要。一千多公里青藏鐵路沿線的地形和小氣候各不一樣，對(duì)其地氣間的相互作用將主要經(jīng)過方式的方法進(jìn)展診斷，然而由于地形與氣候條件的不同，方式中眾多的初始場(chǎng)參數(shù)必然不同，因此這些參數(shù)確實(shí)定將對(duì)方式的模擬精度產(chǎn)生重要的影響問題的提出〔續(xù)〕本文利用北麓河2002年五月架設(shè)的一套新型自動(dòng)氣候站六月份觀測(cè)資料，在給出該地域的能量平衡和地表加熱場(chǎng)特征后，試圖確定對(duì)方式陸面過程參數(shù)化產(chǎn)生重要影響的地表動(dòng)力學(xué)粗糙度、地表反照率和動(dòng)量〔熱量〕總體保送系數(shù)Thesensibleheatflux,latentheatfluxandfrictionvelocitywithoutstratificationreductionshowas:AccordingtoM-Osimilaritytheory,wecanget:Briefintroductiontotheaerodynamicmethod計(jì)算方法Sothesensibleheatflux,latentheatfluxandmomentumfluxdescribeas:TheuniversalfunctionsareusedasPruitt’sforms計(jì)算方法RichardsonNumber數(shù)據(jù)分析—地表能量平衡〔1〕各分量均具有明顯的日變化規(guī)律，即在早晨日出后開場(chǎng)增大，在當(dāng)?shù)貢r(shí)間中午到達(dá)最大值后開場(chǎng)減弱，在夜間出現(xiàn)最小值〔2〕就觀測(cè)時(shí)段來說，白天土壤熱通量、感熱通量和潛熱通量在凈輻射中所占份額相當(dāng)〔3〕在晴天(6月24日)情況下，北麓河地域凈輻射特征值約為630W/m2，5cm土壤熱通量為150W/m2，感熱和潛熱分別為180W/m2和220W/m2左右，Bowen比約0.8在北麓河地域，季風(fēng)對(duì)地氣間能量交換的影響并不像藏北高原草甸下墊面〔安多觀測(cè)站〕那么明顯〔季風(fēng)降臨前以感熱為主，季風(fēng)降臨后感熱明顯減小，而潛熱變?yōu)榈貧忾g能量交換的主要分量〕北麓河31/5~2/6土壤熱通量、凈輻射、感熱和潛熱的日變化數(shù)據(jù)分析—地面加熱場(chǎng)研討青藏高原地面對(duì)大氣的加熱效應(yīng)不僅對(duì)東亞地域的天氣氣候甚至對(duì)北半球的大氣環(huán)流場(chǎng)都產(chǎn)生著重要的作用，同樣對(duì)于研討局地凍土穩(wěn)定性方面也存在著重要的意義。高原下墊面對(duì)大氣的加熱作用可經(jīng)過輻射過程和湍流過程進(jìn)展，其中輻射過程是指地表的輻射能的收支，湍流過程是指地表吸收太陽(yáng)輻射能后經(jīng)過湍流保送的方式向大氣保送熱量和水汽通量的過程。數(shù)據(jù)分析—地面加熱場(chǎng)(續(xù))〔1〕北麓河實(shí)驗(yàn)期白天為強(qiáng)熱源，夜間冷熱源不明顯〔有時(shí)為弱冷源有時(shí)微弱熱源，取決于當(dāng)時(shí)的天氣情況，并不象人們普通所說的夜間為弱冷源?！场?〕熱源強(qiáng)度存在明顯的日變化：中午前后存在明顯的極大峰值，夜間出現(xiàn)最小值，其變化規(guī)律由總輻射的日變化和局地天氣氣候條件決議北麓河31/5~2/6地面加熱場(chǎng)的日變化數(shù)據(jù)分析—空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度空氣動(dòng)力學(xué)地表粗糙度是表征近地面層空氣動(dòng)力學(xué)特性的根本參數(shù)，是陸面過程研討中有關(guān)下墊面屬性中地表與大氣之間能量和水分交換過程首先要確定的最根本物理量的一部分，也是影響總體保送系數(shù)計(jì)算準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因子。在計(jì)算動(dòng)力學(xué)地表粗糙度時(shí)，主要有利用塔站梯度觀測(cè)資料的對(duì)數(shù)風(fēng)廓線法和利用準(zhǔn)確的湍流脈動(dòng)觀測(cè)資料的獨(dú)立確定方法。對(duì)數(shù)風(fēng)廓線法獨(dú)立確定方法數(shù)據(jù)分析—空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度續(xù)將空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度與近中性條件下的靜力學(xué)穩(wěn)定度進(jìn)展擬合后可得到北麓河數(shù)據(jù)采集期的中性條件下的動(dòng)力學(xué)粗糙度數(shù)據(jù)分析—空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度續(xù)地點(diǎn)下墊面屬性動(dòng)力學(xué)粗糙度沙漠沙漠0.0003[OkeT.R]戈壁戈壁0.00025[胡隱樵等]臨澤麥地〔高約1米〕0.30[賈立等]改那么荒漠沙石0.0026[周明煜等]當(dāng)雄開闊干河谷0.0022[周明煜等]昌都河谷草地0.0014[周明煜等]安多高原草甸0.0043[錢澤雨等]北麓河稀疏短草沙壤土0.0025[本文]北麓河空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度與當(dāng)雄、改那么相當(dāng)，約為昌都的兩倍，約為安多的一半，遠(yuǎn)大于沙漠和戈壁，遠(yuǎn)小于臨澤。這種不同主要由植被的高度、密度和類型以及地表的土壤特征導(dǎo)致不同地點(diǎn)、不同地表屬性中性條件下空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度的比較數(shù)據(jù)分析—地表反照率對(duì)于青藏高原復(fù)雜的地形、特殊的下墊面和劇烈的太陽(yáng)輻射來說，地表反照率是表征局地下墊面不同屬性對(duì)局地小氣候影響的重要參數(shù)平均來說，北麓河地表反照率6月份約為0.22，降雪后可超越0.9，但隨著降雪的融化，土壤濕度加大，使得反照率明顯減小〔0.16左右〕北麓河不同時(shí)段地表反照率日變化數(shù)據(jù)分析—地表反照率續(xù)地點(diǎn)〔實(shí)驗(yàn)〕下墊面屬性地表反照率〔6月〕改那么〔TIPEX〕荒漠沙石0.31[周明煜等]當(dāng)雄〔TIPEX〕開闊河谷0.17[周明煜等]昌都〔TIPEX〕河谷草地0.16[周明煜等]安多〔GAME/Tibet〕高原草甸0.25[錢澤雨等]北麓河短草沙壤土0.22[本文]北麓河地表反照率與安多相當(dāng)，小于改那么而明顯大于當(dāng)雄和昌都是由于地表屬性的不同呵斥不同地點(diǎn)、不同地表屬性下6月份地表反照率的比較數(shù)據(jù)分析—?jiǎng)?熱)量總體保送系數(shù)Cd在不穩(wěn)定時(shí)主體落在10-3附近，穩(wěn)定時(shí)隨穩(wěn)定度的增大而降低且離散，Ch主要落在10-2~10-4之間近中性條件下北麓河地表動(dòng)量和熱量總體保送系數(shù)分布圖數(shù)據(jù)分析—?jiǎng)?熱)量總體保送系數(shù)地點(diǎn)(實(shí)驗(yàn))下墊面屬性動(dòng)量總體保送系數(shù)〔中性〕熱量總體保送系數(shù)〔中性〕改澤〔TIPEX〕荒漠沙石2.31×10-32.15×10-3當(dāng)雄〔TIPEX〕開闊干河谷1.80×10-31.50×10-3昌都〔TIPEX〕河谷草地4.40×10-34.70×10-3北麓河短草沙壤土1.74×10-31.37×10-3不同地點(diǎn)、不同地表屬性中性條件下動(dòng)量〔熱量〕總體保送系數(shù)比較中性條件下動(dòng)量總體保送系數(shù)與熱量總體保送系數(shù)略小于當(dāng)雄地域而明顯小于改那么和昌都，但在量級(jí)上相當(dāng)?shù)贸龅慕Y(jié)論北麓河地表能量平衡中的各物理量場(chǎng)〔土壤熱通量、凈輻射、感熱、潛熱〕均具有明顯的日變化特征，且感熱和潛熱對(duì)地表向大氣保送能量的奉獻(xiàn)相當(dāng)，這種情況與安多地域在5-6月期間感熱保送占主導(dǎo)位置的特點(diǎn)并不一致地面加熱場(chǎng)同樣具有顯著的日變化特征，白天為強(qiáng)熱源，夜間的冷熱源特征不夠明顯，這與高原其它地點(diǎn)的夜間表現(xiàn)微弱冷源的特征并不一致得出的結(jié)論續(xù)地表空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度遠(yuǎn)比戈壁和沙漠大，比昌都約大一倍，與當(dāng)雄、改那么相近，小于高原安多地域，但顯著小于臨澤地域，這種不同主要是由各個(gè)地點(diǎn)不同的下墊面屬性的不同導(dǎo)致地表反照率6月份約為0.22，與其它高原實(shí)驗(yàn)的同期〔6月份〕相比大于當(dāng)雄和昌都而小于改那么與安多中性條件下動(dòng)量總體保送系數(shù)與熱量總體保送系數(shù)略小于當(dāng)雄地域而明顯小于改那么和昌都，但在量級(jí)上相當(dāng)總結(jié)與存在的問題從以上得到的結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)北麓河這一地域做單點(diǎn)模擬的陸面