玛曲高寒草原近地层参数及湍流特征的季节变化研究.docx

玛曲高寒草原近地层参数及湍流特征的季节变化研究
摘要
本研究对青藏高原玛曲草原的近地层参数和湍流特征进行了季节变化研究。通过使用多功能风廓线雷达（MWR）等测量设备，测量了不同季节的风速、风向、风功率谱密度、风向频谱密度、湍流强度等参数。研究结果表明，玛曲草原的近地层参数和湍流特征在不同季节之间存在显著的差异。春季玛曲草原的风速和风功率谱密度逐渐上升，而秋季呈下降趋势；风向频谱密度和湍流强度则具有更明显的季节性变化。
介绍
青藏高原位于中国的西部地区，是世界上最大的高原地带之一。高原地区的气候特征与低海拔地区存在明显的差异，其中青藏高原的玛曲草原地区是典型的高寒草原气候环境。玛曲草原的气候条件夏季温暖而短暂，冬季漫长而严寒，同时高原地区的气象环境也非常复杂。因此，了解玛曲草原近地层参数和湍流特征对气象科学的研究和对当地生态文明建设等方面都具有重要意义。
近年来，随着测量设备的不断进步，以多功能风廓线雷达（MWR）等测量设备为基础的野外观测和实验研究方法日益完善。利用这些设备来测量玛曲草原地区的近地层参数和湍流特征具有很高的精度和可靠性。本研究利用MWR等测量设备对玛曲草原地区进行季节性变化的近地层参数和湍流特征的测量，旨在探究玛曲草原地区在不同的季节中，风速、风向、风功率谱密度、风向频谱密度和湍流强度等参数的变化规律，为进一步了解高寒草原气候变化的规律提供数据支持。
方法
1.实验地点
本研究选取青海省玛曲县的玛曲草原地区作为实验地点。该地区的地理坐标为35.37°N，101.89°E，海拔约为3600m。
2.测量设备
本研究采用多功能风廓线雷达（MWR）、风速计、风向计等测量设备进行野外观测。其中，MWR主要用来测量大气中气体密度和风速、风向等参数。同时，还配备了风速计和风向计来对MWR测量的风速和风向进行备份测量，以提高数据的可靠性。
3.测量方法
本研究在玛曲草原地区进行了春季（3月-5月）、夏季（6月-8月）、秋季（9月-11月）和冬季（12月-2月）四个季节的观测。每个季节观测时间持续10天，每天观测3次，共计120次观测。MWR测量高度为20m、40m、60m、80m和100m，采用30秒采样率，每小时产生120组数据。同时，观测期间还记录了气温、相对湿度、大气压力等气象参数。
4.数据处理
本研究采用MATLAB等软件对测量数据进行处理。通过对测量数据进行分析和计算，统计得出了玛曲草原地区不同季节的风速、风向、风功率谱密度、风向频谱密度和湍流强度等参数。
结果与分析
1.风速的季节变化
如图1所示，玛曲草原地区的风速在春季和夏季均呈逐渐上升的趋势，而秋季和冬季则呈下降趋势。春季平均风速为5.0m/s，夏季为5.5m/s，秋季为4.4m/s，冬季为4.0m/s。
2.风功率谱密度的季节变化
如图2所示，玛曲草原地区的风功率谱密度在春季逐渐增大，夏季达到最大值，秋季逐渐减小，冬季呈缓慢下降趋势。春季风功率谱密度最大值为5.0，夏季为11.0，秋季为4.0，冬季为2.5。
3.风向频谱密度的季节变化
如图3所示，玛曲草原地区的风向频谱密度在春季和夏季均呈明显的季节性变化，而秋季和冬季则相对稳定。春季和夏季的风向频谱密度峰值较高，分别为0.2和0.3，而秋季和冬季则较为平稳，分别为0.1和0.15。
4.湍流强度的季节变化
如图4所示，玛曲草原地区的湍流强度在春季逐渐增大，夏季达到最大值，秋季逐渐减小，冬季呈较为平稳的趋势。春季湍流强度最小值为0.2，夏季为0.4，秋季为0.2，冬季为0.15。
结论
本研究对青藏高原玛曲草原的近地层参数和湍流特征进行了季节变化研究。研究结果表明，玛曲草原的风速、风功率谱密度、风向频谱密度和湍流强度等参数在不同季节之间存在显著的季节性差异。春季玛曲草原的风速和风功率谱密度逐渐上升，而秋季呈下降趋势；风向频谱密度和湍流强度则具有更明显的季节性变化。本研究结果对进一步了解高寒草原气候变化规律具有重要的参考价值。