论文总字数：14005字

目 录

1. 引言 4

1. 1湖陆风的成因 4

1. 2 研究进展 4

1. 2. 1 湖陆风的早期模式 4

1. 2. 2 湖陆风的局地气候效应 5

1. 2. 3 湖陆风效应与其他效应的相互影响 5

1. 2. 4 湖陆风效应对降水的影响 6

1. 2. 5 湖陆风的变化特征 6

2. 博斯腾湖湖区气候 7

3. 资料选取 7

4. 博斯腾湖的湖陆风特征 9

4. 1 基本气象要素特征 9

4. 2 日变化特征 11

4. 3 季节变化特征 13

5. 结论 15

6. 展望 16

参考文献 16

致谢 18

博斯腾湖的湖陆风效应特征分析

刘子菁

,China

Abstract：The paper uses the conventional meteorological observation in the Bosten Lake Basin between 2013 and 2014 to analysis the characteristics, diurnal and seasonal changes of the lake breeze in the Bosten Lake Basin. After eliminating the influence of the background wind, the average intensity of the lake breeze is 1.82m/s, the intensity of the lake breeze in the north side of the lake is stronger than in the west. The lake breeze turns to land breeze between11:00 and 13:00, the land breeze turns to lake breeze between 19:00 to 22:00.There are seasonal changes in intensity and transition time in the lake breeze. In spring, the lake breeze is stronger than the other seasons, the weakest lake breeze happens in winter.The earliest transformation of the lake breeze is in spring, and it lasts the longest time.The latest transformation of the land－lake breeze is in winter, and it lasts the shortest time.

Key words:lake breeze; diurnal variation; seasonal changes; Bosten Lake

1.引言

1. 1湖陆风的成因

湖陆风是一种大气中尺度的环流系统，是由于热力作用而引起的局地大气环流^[1]。湖陆风的形成是由于湖面和陆面存在明显的温度差异所引起的。由于水的比热容比陆地土壤大，接受同样的辐射时陆面增温大于湖面。如图1所示，在白天，地表由于受太阳短波辐射而升温，但湖面的升温速度小于陆面，近地面层的大气受气压梯度力而从湖面流向陆面，形成湖风。在夜间，地表由于自身辐射冷却而降温，湖面的降温速度小于陆面，近地面层的大气由陆面流向湖面，形成陆风。从而在风向上出现昼夜交替的变化。湖陆风的强弱与距离湖岸线的距离有关，一般来说，陆面上距离湖岸线越近，风速就越大^[2]。湖陆风的特征及其变化规律对研究局地气候特征和局部大气循环有很大的帮助，也对中小尺度天气过程的分析有很大帮助^[3]。

图1湖陆风的成因^[4]

1. 2研究进展和研究意义

早在19世纪中期，国外的学者就开始了对湖陆风的研究，但主要集中在北美五大湖流域。进入20世纪后，国外的气象工作者通过统计方法来归纳湖区的站点资料，从而研究湖泊对于局地区域气候的影响，并通过从海陆风以及山谷风的研究中借鉴到的经验，建立指数来确定湖陆风的发生与否。20世纪中后期，国内也开始了针对大型内陆湖泊的湖陆风研究，主要集中在分析湖陆风强度，水平和垂直结构，转换时间及日变化特征。与此同时，随着参数化方案、WRF模式的改进，许多湖陆风的新的变化规律及结构特征被不断发现^[5]。

1. 2. 1湖陆风的早期模式

Estogue^[6]建立了海陆风的数值模式，Moroz^[7]把这个模式应用到密歇根湖的湖陆风研究，

尽管在近地面层可以得到与实际相一致的结果，但海陆风的数值模式只考虑了半边陆地，所以这个模式并不适用于面积较小的陆地湖泊。模式得到的高层埃克曼层的风速以及湖陆风的演变过程和实际结果比较相差较大，尤其是在强烈上升气流区域的准确性有待商榷。王浩^[8]将湖陆风的观测站点资料参数化，考虑了长波辐射和短波辐射后，在参数化方案中加入了非静力平衡的中小尺度数值模式、地表温度和水面温度模式以及边界层的湍流参数化模式，从而降低了错误样本出现的概率。吴增茂^[9]使用湍流能量闭合描述了瑞典威特恩湖的湖陆风二维模式，结果表明湖陆风的强度在湖岸线最大，并随着距湖面距离的增加而减小。Lennartson和Schwartz^[10]用中尺度数值模式对安大略湖密执安湖的湖陆风进行了数值模拟，进而研究湖陆风效应对气溶胶粒子浓度的影响，结果表明湖陆风环流的出现有利于空气中气溶胶粒子的扩散。Bianco等^[11]用MM5模式模拟了意大利加尔达湖的湖陆风与北部阿尔卑斯山的山谷风的相互作用，结果表明当湖陆风与山谷风效应相结合时，使得局地风速加大，温度梯度加大。陈万隆等^[12]使用参数化二维模式模拟了植被的覆盖率对湖陆风的影响。逄勇等^[13]使用含有地形坐标的三维预报模式模拟了太湖流域的湖陆风，表明苏南地区的城市热岛效应可以使太湖的湖陆风有明显的增强。Larid^[14]构建了四个标准来作为湖陆风是否出现的依据。(1)从湖面吹向陆面的风在平均风速上的日变化小于5.5m/s。(2)陆站和湖站应同时测量测站温度。(3)早上5:00－7:00的平均气温应低于下午16:00－18:00的平均气温。(4)早上5:00－7:00的平均风速应小于5.5m/s。这四个标准也成为了安大略湖以及密歇根胡湖陆风是否出现的重要依据。但对于不同的湖泊，湖陆风出现与否并不一定以这个数值作为唯一标准。

1. 2. 2湖陆风的局地气候效应

由于湖陆风的存在，使得湖区周边出现明显的冷暖湖效应。殷长秦等^[15]和于强等通过统计巢湖区域的观测站点的资料，发现湖面和陆面的温度差异是导致湖陆风发生的最主要原因，同时，湖陆风的强度还随距离湖面的距离增加而减小。巢湖地区的湖陆风环流是该地区热量水平输送的主要途径。陈万隆等^[16]使用含植被参数化的二维模式，模拟青海湖流域的大气环流，表明青海湖的湖陆风效应使得湖面表现出明显的冷暖湖效应，并且对湖的感热和潜热都有很强的影响。吕雅琼等^[17]通过MM5模式假设了当纳木错湖不存在的情况下，唐古拉山地区的边界层混合出现的时间，以此证明在白天由于纳木错湖有很好的降温作用，而在夜间又很很强的保温作用，使得纳木错湖表现出明显的冷暖湖效应，进而降低了白天边界层顶的高度。由于白天纳木错湖有很好的降温作用而在夜间有很强的保温作用，纳木错湖表现出很强的冷暖湖效应，进而降低了白天边界层顶的高度。

1. 2. 3湖陆风效应与其他效应的相互影响

湖陆风作为中尺度的大气环流，与城市热岛效应、山谷风效应以及狭管效应等其他中尺度系统可以相互影响，从而互相促进或是减弱。徐安伦等^[18]通过WRF模式模拟云南苍山区域的大气边界层发现，在苍山地区近地面层的大气受西二湖与苍山的共同影响，山谷风和湖陆风相叠加，使得边界层的湍流强度与周围区域有着很大的不同。杨罡等^[19]利用MM5模式和卫星资料研究鄱阳湖流域的湖陆风现象，发现由于庐山的存在以及水域本身的走势形成的狭管效应，使得在鄱阳湖中段西侧和北侧的风速明显加大，并且使得夏季移经九江上空的中小尺度对流系统得以减弱。陆鸿宾等^[20]利用南京大学区域边界层模式，对太湖地区以及苏州无锡城区进行算例的模拟，结果表明太湖地区以及苏州无锡城区的风场受城市热岛环流系统、中尺度系统的湖陆风环流和共同影响，并且城市热岛效应小于湖陆风环流的强度。湖陆风对城市热岛引起的地表感热通量湍能以及日平均热岛强度明显的增加，而潜热通量明显的减少有着缓解作用。刘红年等^[21]使用边界层模式模拟出太湖的存在使得靠近太湖的无锡市郊的混合层、逆温层高度明显下降，但对距离湖体较远的苏州市区的混合逆温层高度影响不大。吕雅琼等^[22]通过MM5模式模拟唐古拉山的大气环流，发现受唐古拉山的山谷风以及纳木错湖湖陆风的共同影响，使得该地区的天气复杂多变。正是在中尺度环流和大气边界层的共同影响下，才使得该地区夏季多上升运动，降水充沛。G. R. Wentworth和J. G. Murphy^[23]通过研究多伦多地区安大略湖的湖陆风现象证明湖陆风效应对空气中臭氧的浓度的影响。当湖陆风环流出现时，臭氧的浓度会比没有湖陆风环流出现时的浓度高出42%-49%。

1. 2. 4湖陆风效应对降水的影响

湖陆风效应为湖区周边提供了充足的水汽，也为白天的不稳定上升运动提供了能量。王浩等^[24]通过使用非静力近似中小尺度数值模式，并从中发现随着高度的增高，u方向风速的绝对值就减小，至300m高度风速转为正值并保持至2000m以上。从而得出洞庭湖湖陆风垂直高度约为300m。正因为湖陆风有一定的厚度，所以才能对降水产生一定的影响。同时，湖陆风对清晨和午后的降水有加强作用。而在对洞庭湖进行围垦之后，洞庭湖区域的湖陆风发生次数明显减少，与此同时，湖面使得山区的风速加大，在上空有气流从陆面流向湖面，并得出了这个气流的高度和厚度。林必元等^[25]用逐时观测资料研究了洞庭湖湖陆风的平均气候特征，发现由于湖陆性质差异，白天湖风发展，湖风锋辐合带移至陆地，使得陆地上低压发生的次数增多，降水增多；夜间陆风发展，辐合带移至湖面，陆地上低压发生的次数少，降水量少。

1. 2. 5湖陆风的变化特征

杨显玉等^[26]通过非静力的二维模式模拟青海扎陵湖和鄂陵湖的湖陆风，实验模拟了扎陵湖、鄂陵湖不存在时，该区域的边界层顶的高度。结果表明由于扎陵湖、鄂陵湖的存在，使得湖区上空的边界层低于周围陆地，而夜间情况则相反。同时湖体对潜热和感热的影响也有较强的日变化，白天湖面感热小于周围陆面，夜间陆面潜热小于湖面。李连方^[27]、林必元等^[28]、刘电英等^[29]通过研究洞庭湖流域的气象观测资料发现，洞庭湖流域的湖陆风存在明显的季节性变化，在夏季湖陆风现象最为突出，冬季则相对不明显。李照国等^[30]通过研究夏季鄂陵湖的气象观测资料发现，湖区周边的陆面的各气象要素与湖陆风的环流分布有关,明显有区别于距离湖区较远的陆区。杜勇等^[31]通过博斯腾湖流域的附近和静和硕以及库尔勒气象观测站资料该流域湖陆风特征发现，博斯腾湖流域降水量稀少，日照充沛，蒸发量大，而对观测点来说，白天吹以北风为主的湖风，夜间吹以西南风为主的陆风，且湖风的强度大于陆风，湖陆风转换期间呈准静止状态，但是风向复杂多变。陆鸿宾等^[32]使用模式模拟消除了大尺度的流场从而模拟出太湖湖陆风的演变过程，并指出湖陆风的形成是从湖的中心开始的，之后逐渐向岸边扩展，湖岸的湖陆风出现的时间比湖心处晚了约0.5－2小时。

2.博斯腾湖湖区气候

博斯腾湖地处中亚干旱区，是中国最大的内陆淡水湖，又称巴喀剌赤海，位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州天山南坡焉耆盆地东南、博湖县城东南14 km，焉耆盆地处于天山中部南缘和塔克拉玛干沙漠北缘，地理坐标为北纬40°至43°，东经83°至91°之间，总面积14.92万平方公里。博斯腾湖属于山间陷落湖，主要补给水源是开都河，同时又是孔雀河的源头，不仅对保持焉耆盆地以及塔里木河的生态平衡具有重大的调节功能，而且对农田灌溉、发电和防洪等具有重要作用。博斯腾湖的气候效应还可以直接影响当地的旅游、商业、交通业的发展，同时也影响当地土壤、水文特征、农业畜牧业以及渔业发展。

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