2009/2010年黄河源区高寒草甸下垫面能量平衡特征分析

以青藏高原黄河源玛多为实验区, 基于TRM-ZS1气象生态环境监测仪2009年11月1日至2010年10月31日辐射及能量通量观测数据, 采用波文比能量平衡法, 进行了该区域潜热和感热通量的估算, 分析了黄河源区高寒草甸下垫面辐射收支, 潜热、 感热和土壤热通量在不同季节的分配, 对该区域冬季地面加热场强度的变化进行了研究.结果表明: 该区域总辐射、 净辐射较强, 总辐射平均日积分值为18.06 MJ·m^-2·d^-1, 净辐射平均日积分值5.95 MJ·m^-2·d^-1, 曾观测到高达979.5 W·m^-2的净辐射通量.全年地表平均反射率为0.30, 接近于荒漠和半荒漠下垫面的反射率.植物生长季土壤湿度和冬、 春季地面积雪是影响该区域地表反射率的两个最主要因素.该区域感热通量年积分值为742.68 MJ·m^-2·a^-1, 潜热通量年积分值为1 388.58 MJ·m²·a^-1, 全年中地表以潜热方式传递热量为主.分季节分析, 冬季感热潜热强度相当, 春季以感热为主, 夏秋季则以潜热为主.土壤热通量年积分值为38.06 MJ·m^-2·a^-1, 全年热通量在热量平衡中约占1.8%, 但季节分配不平衡, 在冬季, 有|G|>H+LE, 土壤热通量是热平衡最大的分量.该区域地表全年向大气释放热量, 地表对大气而言是热源.     

玛曲高寒草甸夏季近地层微气象和CO2通量特征分析

利用2015年夏季玛曲高寒草甸观测资料,从中选取7月10个连续完整的观测日,分析了近地层气象要素、地表辐射和能量传输以及CO₂通量日变化特征。结果表明：夏季玛曲地区气温和比湿昼夜差异较大,最大温差为19.2 ℃,平均风速为2.7 m?s^-1,风向以东风为主。晴天条件下向下短波辐射可达1 200 W?m^-2左右,平均地表反照率为0.22,均大于藏北那曲地区。净辐射峰值可达850 W?m^-2左右,陆-气间能量传输以潜热输送为主。10 d能量闭合度平均值为0.61,能量不平衡程度较大。夏季玛曲高寒草甸表现为“碳汇”,CO₂通量平均值为-0.20 mg?m^-2?s^-1,晴天碳吸收最大速率为-14.05 mg?m^-2?s^-1,显著大于阴天,最大碳吸收时长为13 h,CO₂密度平均值为530.7 mg?m^-3。     

青藏高原北麓河地区沥青路面辐射特征分析

沥青路面是寒区道路工程主要路面类型之一, 其对热量的吸收易诱发寒区道路病害. 在青藏高原北麓河试验场对沥青路面和天然地表的太阳辐射和地面辐射通量进行了观测, 对比分析了两种地面类型在能量辐射方面的差异. 结果表明: 天然地表的反照率是沥青路面的2~3倍. 沥青路面和天然地表的辐射通量总体呈夏季 >秋季 >春季 >冬季特点. 到达沥青路面的向下长、短波辐射量均大于天然地表, 沥青路面向上的长波辐射通量大于天然地表. 2009年9月-2010年8月沥青路面的净辐射量比天然地表多302.2 MJ·m^-2, 2010年9月-2011年8月向上的短波辐射相对增加, 使得沥青路面的净辐射量仅比天然地表多28.21 MJ·m^-2. 在5 cm深度, 沥青路面的温度比天然地表高约1.15~8.6 ℃. 对短波辐射的削减和对长波的吸收是其净辐射量增加的重要原因, 在能量辐射方面的差异是造成沥青路面吸热的重要原因之一.     

祁连山老虎沟12号冰川消融区不同天气条件下的能量收支特征

冰川表面能量平衡模型建立了冰川与大气之间的联系。为探讨不同天气条件对冰川能量收支的影响, 利用祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550 m处的气象资料（2011年8月24日 - 9月6日）, 结合能量平衡模型, 分析了不同天气条件下的能量收支变化特征。结果表明： 受云量影响, 晴天条件下向下短波辐射（318.3 W·m^-2）是多云条件下的1.5倍, 是阴天条件下的3倍。三种天气条件下的向下长波辐射, 晴天（215.4 W·m^-2）<多云（267.4 W·m^-2）<阴天（291.6 W·m^-2）。受固态降水的影响, 阴天条件下冰川反照率（0.50）是晴天时的2倍多。而三种天气下的最大消融耗热, 晴天（739.6 W·m^-2）>多云（582.8 W·m^-2）>阴天（324.5 W·m^-2）。在能量收入项中, 净短波辐射是主要来源（98%）, 但是受天气条件影响, 能量支出各项所占比例有明显差异; 在三种天气条件下, 净长波辐射所占比例分别为35%、 31%和23%, 消融耗热所占比例分别为62%、 64%和75%, 潜热通量所占比例相差不大。     

夏季草原与戈壁地表能量分析

利用野外试验资料，比较分析了夏季祁连山区草原和河西走廊张掖戈壁地表能量特征，并探讨了环境因素与地表能量特征的关系。结果表明，在夏季典型晴天，山区草原的净辐射、潜热通量大于戈壁，而感热、土壤热通量小于戈壁；山区草原净辐射、潜热通量的日变化大于戈壁；而感热、土壤热通量的日变化小于戈壁。在山区草原，晴天潜热通量是土壤热通量的三倍多，感热通量与土壤热通量差异很小，净辐射主要用于蒸发、蒸腾；在戈壁，晴天土壤热通量和感热通量是潜热通量的近两倍，净辐射主要用于加热地表，并通过地表加热下层土壤和地面大气。两地均存在能量不平衡现象，草原感热、潜热、土壤热通量之和小于净辐射，戈壁感热、潜热、土壤热通量之和大于净辐射，戈壁能量不平衡大于草原。导致山区草原和戈壁地表净辐射特征差异的主要因素是太阳辐射，导致山区草原和戈壁地表能量分量特征差异的主要因素是陆面植被和水分，根本因素是陆面水分。      

基于CLM模式的青藏高原土壤冻融过程陆面特征研究

使用位于青藏高原东部若尔盖站的观测数据驱动CLM3.5模式,设计一组去除模式中冻融过程的"退化试验",进行为期一年的模拟研究。通过对比原试验与敏感性试验模拟结果,初步分析冻融过程在土壤温度变化、各能量通量分配中的作用,得到以下结论：（1）冻融过程是土壤温度变化的"缓冲器",冻结过程向周围环境释放能量减缓了土壤降温的速率,使土壤温度不至降得太低,而消融过程从周围环境吸收能量减缓了土壤升温的速率,使土壤温度不至升高太多;（2）冻融过程改变了地表辐射通量,土壤冻结改变了地表反照率,改变了向上短波辐射,且由于冻结过程减缓了地表温度的下降,改变了地表向上长波辐射,进而改变了净辐射通量;（3）冻融过程显著地改变了陆面能量的分配,通过相变能量的释放和吸收增大了地气间能量的传输,显著地增大了地表土壤热通量,且通过改变地表温度和地表蒸发,改变了感热及潜热通量。在冻结过程及完全冻结阶段,感热及潜热通量均增大,但在消融过程阶段,感热及潜热通量均减小。冻融过程对土壤热通量及感热通量的影响在冻结过程及完全冻结阶段更为显著,而对潜热的影响则是在消融过程阶段更为显著。     

积雪升华过程对高寒湿地陆气相互作用的影响

利用青海玉树隆宝地区2014年12月积雪升华过程的观测资料,分析了积雪升华过程中高寒湿地陆气相互作用特征及积雪深度对陆气相互作用的影响。结果表明：在降雪和积雪升华过程中,高寒湿地浅层土壤温度在短时期内有所升高,而深层土壤温度和土壤体积含水量对降雪过程的响应不敏感。积雪升华过程中净辐射、感热通量和潜热通量的日平均值增加,向上短波辐射的日平均值减少。积雪逐渐升华导致地表吸收的能量增加,同时地表向大气传递的能量也随之增加。随着积雪的逐步升华,感热占比和潜热占比逐渐升高,而土壤热通量占比和热储存占比逐渐降低。积雪深度增加会导致地表反照率和地表比辐射率增大,感热输送系数减小。     

黄土高原砂壤土冻融过程的观测和模拟

针对黄土高原冬季陆面过程,使用兰州皋兰地区冬季观测资料和水热耦合模式(SHAW),进行了观测资料和数值模拟分析.结果表明:冬季,黄土高原地区入射的太阳辐射较小,降水稀少,空气干燥,12月、 1月及2月的月平均气温均低于0℃,净辐射很小,积/融雪期间,净辐射出现了负值.地表能量分配中感热潜热都很小,但感热相对潜热占主要地位,在无降水时期日平均潜热通量几乎都在10W·m-2以下.水热耦合模式对地表能量中短波净辐射和长波净辐射模拟较好,感热通量和潜热通量的模拟存在一定的偏差.模式对浅层30cm和40cm土壤温度及土壤湿度模拟较为成功,模拟值对观测值的相关性较高,相关系数均达到0.87以上.土壤温度模拟偏高,土壤湿度的模拟稍偏低.     

青海玉树隆宝高寒湿地近地面能量收支状况研究

基于青海玉树隆宝湿地2011年10月-2012年9月气象观测数据, 利用组合法计算其近地面的感热通量和潜热通量, 进而分析近地面能量收支状况. 结果表明: 隆宝湿地太阳辐射资源充足, 达6 770.8 MJ·m^-2, 受积雪影响, 冬季日反射率最高可达0.93; 11月和12月地面吸收的90%以上短波能量以辐射形式传给大气, 而6月份则不到30%. 地面全年以净辐射和土壤热通量吸收能量, 其中, 77%以潜热形式支出, 23%以感热形式支出, 但各月能量收支特征与之有所不同.     

青藏高原林芝与四川盆地温江地区晴天辐射和能量平衡特征

分析了2008年青藏高原林芝地区与四川盆地温江地区无降水条件下地表辐射、 湍流通量和地表反照率的日变化及月际变化特征, 并探讨了季风过程对其产生的影响.结果表明: 林芝与温江地区地表辐射和湍流通量都具有明显的日变化和月际变化周期, 季风期受云的影响, 日循环规律变得不是非常规则.季风对林芝地区地表能量分配影响极大, 季风前感热通量占主导地位, 季风期和季风后(夏、 秋节)潜热通量是净辐射的主要消耗项; 温江地区全年潜热在净辐射的分布中占主导地位, 感热通量的作用和土壤热通量相当. 林芝地区年平均地表反照率为0.21, 温江地区年平均仅为0.14; 季风前(3-5月)、 季风中(6-7月)和季风后(8-9月), 林芝地区的地表反照率分别为0.20、 0.19和0.20, 温江地区的地表反照率分别为0.13、 0.11和0.14.     

Annual variations in the surface radiation budget and soil water and heat content in the Upper Yellow River area

Measurements taken between July 2006 to May 2007 at the Maqu station in the Upper Yellow River area were used to study the surface radiation budget and soil water and heat content in this area. These data revealed distinct seasonal variations in downward shortwave radiation, downward longwave radiation, upward longwave radiation and net radiation, with larger values in the summer than in winter because of solar altitudinal angle. The upward shortwave radiation factor is not obvious because of albedo (or snow). Surface albedo in the summer was lower than in the winter and was directly associated with soil moisture and solar altitudinal angle. The annual averaged albedo was 0.26. Soil heat flux, soil temperature and soil water content changed substantially with time and depth. The soil temperature gradient was positive from August to February and was related to the surface net radiation and the heat condition of the soil itself. There was a negative correlation between soil temperature gradient and net radiation, and the correlation coefficient achieved a significance level of 0.01. Because of frozen state of the soil, the maximum soil thermal conductivity value was 1.21 W m⁻¹°C⁻¹ in January 2007. In May 2007, soil thermal conductivity was 0.23 W m⁻¹°C⁻¹, which is the lowest value measured in the study, likely due to the fact that the soil was drier then than in other months. The soil thermal conductivity values for the four seasons were 0.27, 0.38, 0.55 and 0.83 W m⁻¹°C⁻¹, respectively.     

云量对祁连山老虎沟12号冰川表面能量平衡的影响

为探讨云量对冰川表面能量平衡（SEB）的影响,利用架设在老虎沟12号冰川（简称12号冰川）消融区（4 550 m a.s.l.）的自动气象站资料,结合能量平衡模型计算各能量分量并分析其季节变化,通过云量参数化方案获取云量因子并量化其对冰川表面能量收支的影响。结果表明：净短波辐射为冰川表面主要的能量来源（92%）,净长波辐射为主要能量支出（61%）,二者均受云量影响,但云的短波辐射效应更强（-37 W?m^-2）。云量通过影响辐射收支和湍流通量进而影响冰川表面能量收支,随云量的增加,冰川表面获得的能量减少,冰川消融速率降低。与其他区域的冰川表面能量收支对比,除地理位置、反照率、气温等因素外,海拔和云量的影响也非常显著。     

高寒湿地太阳辐射和地表反射率变化的统计学特征

依据祁连山海北高寒湿地植物生长期观测的太阳总辐射(E_g)和反射辐射(Er)资料,分析了高寒湿地E_g和地表反射率(A)的日及季节变化特征.结果表明:祁连山海北高寒湿地,有较强的E_g,但A较低.年内1-12月E_g的平均日总量达17.3 MJ·m^-2,其中植物生长期的5-9月平均日总量为20.0MJ·m^-2,表现出4-7月高,冷季低的变化特征.A的日、季节变化均表现“U”型变化过程.2004年1-12月A的年平均值为0.32,植物生长季的5-9月平均值为0.18,植物非生长季的10月-翌年4月平均值为0.43.其中1月最高(0.70),7月最低(0.16).