微气象学高原应用现状及发展前景研究

【摘 要】 由于微气象学工作资料的缺乏和在大范围区域之内学科发展的限制，微气象研究方法应用存在一定局限性。本文对局地环境及特殊环境条件下的微气象学应用实际资料进行分析，着眼于青藏高原，珠峰地区，内蒙古高原等微气象学应用广泛区域的情况，评估高原微气象学，探求发展方向。

【关键词】 微气象学 高原地区 发展方向

1 绪论

微气象学是指由于下垫面的某些构造特征所引起的近地面大气层中和上层土壤中的小范围气候特点，这种小范围的气候特点一般表现在个别气象数值上，有时表现在个别天气现象（如风、雾、霜等）上。但这种要素的改变不使大尺度过程（平流、锋面）所决定的天气气候特征发生较大变化。微气的特点：范围小，差别大，稳定性好。旨在分析局地下垫面条件的气象效应以及对这些效应的定量描述，研究局地微气象形成的物理过程和变化规律，确定局地气象要素的数量指标；以便合理利用微气象的有利条件，解决气象学科中存在的问题。

本文对微气象学科在高原地区发展现状及未来发展的境况做出评价认识，以改善研究存在问题，提高研究的科学严谨性。

2 高原地区微气象学研究现况

高原指海拔高度一般在1000米以上，面积广，地形阔，以明显陡坡为界，比较完整的大面积隆起地区。高原最本质的特征是地势相对高差低而海拔相当高，我国高原面积广大，研究高原微气象的重要性已被越来越关注。

2.1 青藏高原地区微气象学研究现况

青藏高原通过动力、热力、地气相互作用等间接影响我国东部和南部、亚洲地区乃至全球的气候变化和灾害性天气的形成。青藏高原通过高原近地层与边界层热力及动力作用逐渐影响到自由大气的变化。近地层物质和能量交换特征受地形、下垫面性质等微气象因素直接影响，差异较大。为此近几十年来在高原上进行了一系列大型的气象观测试验对大气环流的动力和热力影响的研究。《青藏高原北麓河地区近地层能量输送与微气象特征》[1]一文中计算分析青藏高原北麓河冻土综合试验站自动气象站2002年5月30日～6月24日的地表能量平衡、地表加热场、感热、潜热、地表反照率、动量和热量总体输送系数等特征量场的变化特征，首次得到高原北麓河地区近地层能量输送和微气象特征，为微气象学在高原研究中的短期内热量和动量研究提供指导。

《青藏高原不同地区夏季近地层能量输送与微气象特征比较分析》[2]利用青藏高原理塘、林芝、海北、拉萨的气象观测资料，对比分析地区近地层气象要素、辐射收支及湍流通量日变化特征。并且得出结论，高原东部、中部及北部，无论是高原台地、高山峡谷区，7月份近地层各气象要素、湍流通量、辐射收支均有明显的日变化。

《纳木错湖地区近地层微气象特征及地表通量交换分析》[5]利用中国科学院青藏高原研究所纳木错圈层相互作用综合观测研究站所提供的2006年全年观测资料，研究了青藏高原纳木错地区的草甸下垫面气温、湿度、风速、风向和地表温度的日变化及季节变化规律，和地表感热、潜热通量和辐射通量的日变化和季节变化规律，初步揭示了纳木错草甸下垫面微气象特征和地气能量交换的年际变化规律。

在青藏高原上所利用的观测资料多为综合观测自动台站的资料，资料分布可靠性随着近年来科学技术产品的不断提高有了明显提升，但由于自动台站存在观测无人值守等方面的问题，且在高原地区观测台站建立困难，研究有相当大的受阻。

2.2 珠峰地区微气象研究现况

珠穆朗玛峰位于西藏的南缘、喜马拉雅山脉中段。自20世纪60年代以来国内外气象学家就开始不断地致力于珠峰地区气象和环境等研究，其中包括中国科学院前三次珠峰地区科学考察试验和地面热源观测的开展，这些研究都大大地促进了珠峰地区地气相互作用研究的发展。由于珠穆朗玛峰地区自然环境恶劣，以往的研究时间都比较短，而且大部分都在夏季，这远远不能说明珠峰地区的地气相互作用的整体特征。局限于参考数据资料的获取仅对珠峰地区观测资料进行了初步分析，要想深入理解珠峰地区水和能量循环及其对区域气候的影响还有很多工作去做。

2.3 内蒙古高原地区微气象现况

横贯中国内蒙古自治区的内蒙古高原东部为草原，是中国的重要畜牧业基地；西部气候干燥，为乾草原、荒漠草原与荒漠。向西沙漠面积增加，戈壁广布。

《内蒙古半干旱草原能量物质交换的微气象方法估算》[3]根据1998年5～8月和1999年8月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位试验站进行微气象观测的资料，作者分析了该地区能量平衡及其各分量的基本特征。得出结论内蒙古草原净辐射能用于感热和潜热交换的方式有明显的季节性变化特征。其误差来源主要受观测场地、仪器精度和方法的局限性影响。

受到观测资料比较少的影响，很难分析其季节性的变化。作为中国气象重要研究地区，内蒙古高原的研究资料量需要极大的提高，以满足当地牧民的生活上气象需求。

3 研究中存在的问题

从分析中可看出，高原上多荒野大漠，人烟稀少，测站稀疏，观测条件较平原地区艰苦得多，已有的许多研究基本围绕高原北部和中部进行，西部和东部虽有一些研究，但高原东坡的研究目前基本上是空白。共同体现出来的是研究资料的不足和研究观测的难度之大，作为科研工作的重要组成部分，十分有必要加大资金设备投入，增加研究资料获取。

4 微气象研究的发展前景和方向

环境问题日益受到人们的关注，地一气之间的能量、水分和物质（气体）交换及其随时空变化的特征，在研究生态环境问题方面扮演着一个重要角色。由于每个地区下垫面状况不同，探求如何更准确地测定和估算下垫面各种热通量的大小成为微气象学的一个重要研究领域，并且已经形成许多研究理论方法。

根据当前的研究境况，现今我国研制的微气象观测数据采集系统能在比较恶劣的气候条件下，对近地面层的有关物理参数进行长期、连续、自动的数据采集并且具有多点同步观测，实时无线传输和数据集中处理等功能，从而能以联网的形式对一地区进行全面、综合的观测实验研究。将野外观测的数据收集后集中分析处理，这种先进的观测手段有力地推动理论研究工作。该观测系统不但是微气象自动观测网的一个子系统，又能够以子站为单位，独立地执行数据采集、无线传输及资料整理输出等功能，为自动化提供便利，从根本上摆脱了传统的人工观测方法带来的人为误差及种种由于恶劣条件所带来束缚，为近地面物理的研究提供了先进的观测手段，十分适合应用于高原地区。

同时要求重点监测的是地面的动量、感热和潜热通量、水汽和碳通量、地表辐射收支、大气边界层结构和过程，以及土壤热力和水分状况。主要包括温、湿、风梯度观测，气压，雨量、多层地温、多层土壤湿度，直射辐射、反射辐射、净辐射、散射辐射、总辐射，土壤热通量，以及涡动相关动量、感热、水汽和二氧化碳通量观测系统等，补充观测层次，增加地球辐射、紫外辐射观测，光合有效辐射观测，土壤水分观测，增大观测设备的防护外壳，完善观测站础设施建设，确保观测站能够长期、稳定运作。

5 总结与展望

5.1 全文总结

由于微气象学在学科应用中的工作资料的缺乏和学科发展在大范围区域之内的限制，对于微气象研究的方法和应用都存在一定的局限性。着眼于青藏高原，珠峰地区，内蒙古高原等微气象学应用广泛区域，本文总结观点认为应加强气候恶劣观测环境中微气象观测系统的开发投入，更进一步地进行地面微气象特性的观测，保障观测站的基础设施建设，能够在高原地区进行有效长期稳定的观测研究。

5.2 展望

本文仅单独研究了高原地区，还缺少与平原地区和城市地区的比较学习，希望能够在未来的研究中进一步提高。

参考文献：

[1]钱泽雨，胡泽勇，杜萍，张艳武.青藏高原北麓河地区近地层能量[J].中国科学技术大学学报，2005.2，24（1）.

[2]赵兴炳，彭斌，秦宁生，王伟.青藏高原不同地区夏季近地层能量输送与微气象特征比较分析[J].高原山地气象研究，2011.3，31（1）.

[3]朱治林，孙晓敏，张仁话，唐新斋，苏红波，唐登银.内蒙古半干旱草原能量物质交换的微气象方法估算[J].气候与环境研究，2002.9，7（3）.

[4]卫国安，牛玉清，周秀云，肖正华，陈泽宇.微气象观测数据采集系统①[J].高原气象，1990.6，9（2）.

[5]李茂善，马耀明，孙方林，赵逸舟，王永杰，吕雅琼.纳木错湖地区近地层微气象特征及[J].高原气象，2008.8，27（4）.

[6]吴爱明，倪允琪.青藏高原对亚洲季风平均环流影响的数值试验[J].高原气象，1997，16（2）：153—164.

[7]季国良，钟强，沈志宝.青藏高原地面热源观测研究的进展[J].高原气象，1989，8（2）：127—132.

[8]刘宇，邹捍，胡非.青藏高原珠峰绒布河谷地区大气近地层观测研究[J].高原气象，2004，23（4）：512—518.

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