Том 38, номер 04, статья № 6

Аннотация:

Работа направлена на заполнение «белого пятна» на глобальной карте измерений характеристик турбулентного энергообмена. Оценивается опыт создания региональной системы мониторинга турбулентного энергообмена атмосферы с подстилающей поверхностью. Разработана оригинальная технология построения наблюдательной сети на базе ультразвуковых автоматических метеостанций отечественного производства. На ее основе развернута система TomskFluxNet – первая городская сеть наблюдений за характеристиками турбулентного энергообмена атмосферы с поверхностью в Северной Евразии с выраженным континентальным климатом. Получены первые экспериментальные результаты, на основе которых выявлены значительные различия турбулентных потоков тепла и импульса над городской и природной подстилающей поверхностью. Полученные данные могут быть использованы для проверки и совершенствования параметризаций городской поверхности, которые активно развиваются в моделях системы «Земля – атмосфера», и прогноза погоды.

Ключевые слова:

атмосферный приземный слой, турбулентность, энергообмен, региональная система мониторинга, автоматические ультразвуковые метеостанции

Список литературы:

1. Бурба Г.Г., Курбатова Ю.А., Куричева О.А., Авилов В.К., Мамкин В.В. Метод турбулентных пульсаций: краткое практическое руководство. М.: Ин-т проблем экологии и эволюции им. А.Н. Cеверцова РАН, 2016. 230 с.
2. Тарасова М.А., Варенцов М.И., Степаненко В.М. Параметризации взаимодействия атмосферы с городской поверхностью: обзор и перспективы развития // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59, № 2. С. 127–148. DOI: 10.31857/S0002351523020062.
3. Baldocchi D.D. How eddy covariance flux measurements have contributed to our understanding of Global Change Biology // Glob. Chang. Biol. 2020. V. 26, N 1. P. 242–260. DOI: 10.1111/gcb.14807.
4. Novick K.A., Biederman J.A., Desai A.R., Litvak M.E., Moore D.J.P., Scott R.L., Torn M.S. The AmeriFlux network: A coalition of the willing // Agric. Meteorol. 2018. V. 249. P. 444–456. DOI: 10.1016/j.agrformet. 2017.10.009.
5. Beringer J., Hutley L.B., McHugh I., Arndt S.K., Campbell D.I., Cleugh H.A., Cleverly J., Dios V.R., Eamus D., Evans B., Ewenz C.M., Grace P.R., Griebel A., Haverd V., Hinko-Najera N., Huete A.R., Isaac P., Kanniah K.D., Leuning R., Liddell M.J., Macfarlane C., Meyer W.S., Moore C.E., Pendall E., Phillips A., Phillips R.L., Prober S.M., Restrepo-Coupe N., Rutledge S., Schroder I., Silberstein R., Southall P.D., Yee M.S., Tapper N., Gorsel E.V., Vote C., Walker J.P., Wardlaw T.J. An introduction to the Australian and New Zealand flux tower network – OzFlux // Biogeosci. 2016. V. 13, N 21. P. 5895–5916. DOI: 10.5194/BG-13-5895-2016.
6. Yamamoto S., Saigusa N., Gamo M., Fujinuma Y., Inoue G., Hirano T. Findings through the AsiaFlux network and a view toward the future // J. Geogr. Sci. 2005. V. 15, N 2. P. 142–148. DOI: 10.1007/BF02872679.
7. Valentini R. EUROFLUX: An integrated network for studying the long-term responses of biospheric exchanges of carbon, water, and energy of European forests // Fluxes of Carbon, Water and Energy of European Forests. Springer, 2003. P. 1–8. DOI: 10.1007/978-3-662-05171-9_1.
8. Pastorello G., Trotta C., Canfora E., Chu H., Christianson D., Cheah Y.-W., Poindexter C., Chen J. Elbashandy A., Humphrey M., Isaac P., Polidori D., Ribeca A., Ingen C., Zhang L., Amiro B., Ammann C., Arain M.A., Jonas P. The FLUXNET2015 dataset and the ONEFlux processing pipeline for eddy covariance data // Sci. Data. 2020. V. 7, N 1. P. 1–27. DOI: 10.1038/s41597-020-0534-3.
9. Best M.J., Abramowitz G., Johnson H.R., Pitman A.J., Balsamo G., Boone A., Cuntz M., Decharme B., Dirmeyer P.A., Dong J., Ek M., Guo Z., Haverd V., van den Hurk B.J.J.M., Nearing G.S., Pak B., Peters-Lidard C., Santanello J.A., Stevens L., Vuichard N. The plumbing of land surface models: Benchmarking model performance // J. Hydrometeorol. 2015. V. 16, N 3. P. 1425–1442. DOI: 10.1175/JHM-D-14-0158.1.
10. Ukkola A.M., Abramowitz G., De Kauwe M.G. A flux tower dataset tailored for land model evaluation // Earth Syst. Sci. Data. 2022. V. 14, N 2. P. 449–461. DOI: 10.5194/essd-14-449-2022.
11. Oke T.R., Mills G., Christen A., Voogt J.A. Urban Climates. Cambridge: Cambridge University Press, 2017. P. 509. DOI: 10.22201/ffyl.26832275e.2019.2.1091.
12. Oke T.R. The heat island of the urban boundary layer: Characteristics, causes and effects // Wind Clim. Cities. 1995. P. 81–107. DOI: 10.1007/978-94-017-3686-2_5.
13. Varentsov M., Konstantinov P., Repina I., Artamonov A., Pechkin A., Soromotin A., Esau I., Baklanov A.A. Observations of the urban boundary layer in a cold climate city // Urban Clim. 2023. V. 47. P. 101351. DOI: 10.1016/j.uclim.2022.101351.
14. Godowitch J.M., Ching J.K.S., Clarke J.F. Spatial variation of the evolution and structure of the urban boundary layer // Bound.-Lay. Meteorol. 1987. V. 38, N 3. P. 249–272.
15. Han J.Y., Baik J.J., Lee H. Urban impacts on precipitation // Asia Pac. J. Atmos. Sci. 2014. V. 50, N 1. P. 17–30. DOI: 10.1007/s13143-014-0016-7.
16. Liu J., Niyogi D. Meta-analysis of urbanization impact on rainfall modification // Sci. Rep. 2019. V. 9, N 1. P. 7301. DOI: 10.1038/s41598-019-42494-2.
17. Platonov V.S., Varentsov M.I., Yarinich Y.I. Shikhov Y.I., Chernokulsky A.N. A large mid-latitude city intensifies severe convective events: Evidence from long-term high-resolution simulations // Urban Clim. 2024. V. 54. P. 101837. DOI: 10.1016/j.uclim.2024.101837.
18. Garuma G.F. Review of urban surface parameterizations for numerical climate models // Urban Clim. 2017. V. 24, October. P. 830–851. DOI: 10.1016/j.uclim.2017.10.006.
19. Moriwaki R., Kanda M. Flux-gradient profiles for momentum and heat over an urban surface // Theor. Appl. Climatol. 2006 V. 84, N 1. P. 127–135. DOI: 10.1007/s00704-005-0150-3.
20. Rotach M.W., Rotach M.W., Vogt R., Bernhofer C., Batchvarova E., Christen A., Clappier A., Feddersen B., Gryning S., Martucci G., Mayer H., Mitev V., Oke T.R., Parlow E., Richner H., Roth M., Roulet Y.A., Ruffieux D., Salmond J.A., Schatzmann M., Voogt J.A. BUBBLE – an urban boundary layer meteorology project // Theor. Appl. Climatol. 2005. V. 81, N 3–4. P. 231–261. DOI: 10.1007/s00704-004-0117-9.
21. Hamdi R., Schayes G. Validation of the Martilli’s Urban Boundary Layer Scheme with measurements from two mid-latitude European cities // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2005. V. 5, N 7. P. 4257–4289. DOI: 10.5194/acp-7-4513-2007.
22. Schubert S., Grossman-Clarke S. Evaluation of the coupled COSMO-CLM/DCEP model with observations from BUBBLE // Q. J. Roy. Meteorol. Soc. 2014. V. 140, N 685. P. 2465–2483. DOI: 10.1002/qj.2311.
23. Grimmond C.S.B., Blackett M., Best M.J., Baik J.J., Belcher S.E., Beringer J., Bohnenstengel S.I., Calmet I., Chen F., Coutts A., Dandou A., Fortuniak K., Gouvea M.L., Hamdi R., Hendry M., Kanda M., Kawai T., Kawamoto Y., Kondo H., Zhang N. Initial results from Phase 2 of the international urban energy balance model comparison // Int. J. Climatol. 2011. V. 31, N 1. P. 244–272. DOI: 10.1002/joc.2227.
24. Lipson M.J., Grimmond S., Best M., Abramowitz G., Coutts A., Tapper N., Baik J.J., Beyers M., Blunn L., Boussetta S., Bou-Zeid E., De Kauwe MG., de Munck C., Demuzere M., Fatichi S., Fortuniak K., Han B.S., Hendry M.A., Kikegawa Y., Kondo H., Lee D.I., Lee S.H., Lemonsu A., Machado T., Manoli G., Martilli A., Masson V., McNorton J., Meili N., Meyer D., Nice K.A., Oleson K.W., Park S.B., Roth M., Schoetter R., Simón-Moral A., Steeneveld G.J., Sun T., Takane Y., Thatcher M., Tsiringakis A., Varentsov M., Wang C., Wang Z.H., Pitman A.J. Evaluation of 30 urban land surface models in the Urban-PLUMBER project: Phase 1 results // Q. J. Roy. Meteorol. Soc. 2024. V. 150, N 758. P. 126–169. DOI: 10.1002/qj.4589.
25. Lipson M., Grimmond S., Best M., Chow W.T.L., Christen A., Chrysoulakis N., Coutts A., Crawford B., Earl S., Evans J., Fortuniak K., Heusinkveld B.G., Hong J.W., Hong J., Järvi L., Jo S., Kim Y., Kotthaus S., Lee K., Masson J.V., McFadden P., Michels O., Pawlak W., Roth M., Sugawara H., Tapper N., Velasco E., Claire H. WardHarmonized gap-filled datasets from 20 urban flux tower sites // Earth Syst. Sci. Data. 2022. V. 14, N 11. P. 5157–5178. DOI: 10.5194/essd-14-5157-2022.
26. Konstantinov P., Varentsov M., Esau I. A high density urban temperature network deployed in several cities of Eurasian Arctic // Environ. Res. Lett. 2018. V. 13, N 7. P. 075007. DOI: 10.1088/1748-9326/aacb84.
27. Miles V., Esau I. Seasonal and spatial characteristics of Urban Heat Islands (UHIs) in Northern West Siberian cities // Remote Sens. (Basel). 2017. V. 9, N 10. P. 989. DOI: 10.3390/rs9100989.
28. Varentsov M., Wouters H., Platonov V., Konstantinov P. Megacity-induced mesoclimatic effects in the lower atmosphere: A modeling study for multiple summers over Moscow, Russia // Atmosphere (Basel). 2018. V. 9, N 2. P. 50. DOI: 10.3390/ATMOS9020050.
29. Vickers D., Mahrt L. Quality Control and flux sampling problems for tower and aircraft data // J. Atmos. Ocean. Technol. 1997. V. 14. DOI: 10.1175/1520-0426(1997)014<0512:QCAFSP>2.0.CO;2.
30. Wilczak J.M., Oncley S.P., Stage S.A. Sonic anemometer tilt correction algorithms // Bound.-Lay. Meteorol. 2001. V. 99. P. 127–150. DOI: 10.1023/A:1018966204465.