中国西部干旱地区太阳直接辐射通量密度与大气质量的关系

本文根据中国西部干旱地区大气物理状态(大气可降水量和大气浑浊度)的变化范围,利用太阳直接辐射通量密度的理论计算公式,计算了各种大气透明系数状况下的太阳直接辐射通量密度。计算结果表明,大气质量m=2时的透明系数P_2和m相同时,由于水汽和气溶胶的含量配置不同而引起太阳直接辐射通量密度的差异,在辐射日变程的主要时段(m=1-3)内并不大。于是得到各种透明系数P_2状况下太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的平均关系。不同海拔高度比较,当透明系数P_2相同时,各自的大气物理状态虽然不同,但m相同时的太阳直接辐射通量密度基本相同。现有的表征太阳直接辐射通量密度值和大气质量联系的关系式都不能很好地描述计算结果。根据太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的特性,我们提出了新的关系式。最后,整理了不同拔海高度和不同地理景观的四个日射站(西藏那曲、青海格尔木、甘肃敦煌和民勤)的多年观测资料。经验计算结果与观测值比较,一致性良好。     

南海西南季风爆发前后海-气通量交换系 数研究

动量交换系数(CD)、感热交换系数(CH)和潜热(或水汽)交换系数(CE)是气候模式中参数化海-气通量必需的参数,不同地区、天气、海况的试验中计算结果各异。文章利用2002年4月24日至6月20日在西沙海区进行的第3次南海海-气通量观测试验资料,使用涡旋相关法和TOGA COARE2.5b版本通量计算方案,计算了西南季风爆发前后海-气界面动量、感热通量、潜热通量等的湍流交换系数,讨论了各通量交换系数的变化特征及其与气象要素变化的关系。结果表明:西南季风爆发前后,随着风向、风速、云量、降水、湿度及海面状态等变化,通量交换系数也发生变化:中性条件动量交换系数(CDn)在季风爆发前数值略小,季风爆发后数值增大;中性条件感热交换系数和潜热交换系数(CHn,CEn)对天气变化的反应不够敏感。动量交换系数主要受风速影响,但在不同风速区间相关关系有异。(CH)与海-气温差呈现正相关关系,和气温有明显的负相关关系。CE与风速的关系密切,但当风速>12 m/s,CE随风速的变化趋向一个稳定值。另外当海-气温差大约<2℃时,CE随着海-气温差增大相应增大,反映了通量交换系数不仅与风影响下的下垫面特性有关,而且还与稳定度参数有关。各通量交换系数与气象要素变化的关系可以拟合为多项式或者简单的线性关系式。     

南极瑞穗站辐射平衡及湍流通量特征

本文利用南极瑞穗站１９７９—１９８０年近地面层微气象及辐射平衡等观测资料，分析了春、夏、秋和冬季辐射平衡分量的日、年变化特征，采用空气动力学方法和廓线梯度迭代法计算了不同季节的动量通量、感热通量和由能量平衡方程得到的潜热通量的日变化特征，并对计算结果进行了比较。文中还对湍流热量交换系数、湍流动量交换系数与理查孙数的日变化关系进行了讨论。     

计算非均一大气条件下太阳辐射通量的一个简单而又精确的模式

发展了一个计算非均一大气条件下太阳辐射通量的一个简单而又精确的模式，其中包括关于大气球反射率与透过率的一个参数化表达式，并引入加权一次散射反照率和加权不对称因子，用于拟合非均一大气条件下计算辐射通量的四个经验订正因子。对清洁和浑浊的两类大气，都具有120060组的辐射通量模拟试验，以检验本模式的精度。这些模拟试验覆盖0－50的云光学厚度、0－0．8地表反射率、Junge和对数正态的气溶胶谱分布、－0．05气溶胶折射率虚部。在均一大气条件下，由本模式计算的120060组向上通量的标准差对清洁和浑浊两类大气分别为1．08％和1．04％；而向下通量的标准差分别为4.12%和3．31％。在非均一大气条件下，由本模式计算的向上通量的标准差对清洁和浑浊两类大气分别为3．01％和3．48％；而向下通量的标准差分别为4．54％和4．89％，其精度远优于均一假设下的计算结果。     

青藏高原近地面层特征的初步分析

利用西藏日喀则、那曲１９９３年７月至１９９４年４月近地面层梯度观测资料，采用近地面层相似理论方法，计算了预测期间地面粗糙度、平均曳力系数、平均动量通量、平均感热通量和平均湍流系数，讨论了它们与稳定度的关系，给出了日变化个例。     

塔中涡动资料不同坐标旋转方法比较分析

坐标旋转是涡动协方差(EC)通量观测数据后处理当中必须进行的步骤,本文利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中西面标校站自然沙丘上3 m高度和塔中本站32 m高度2009年4—10月湍流通量数据,对比分析了不同坐标旋转方法在塔中通量观测数据中的应用。结果表明,塔克拉玛干沙漠腹地塔中湍流各通量在旋转订正前后差别不显著,不订正造成的通量计算误差1%。塔中32 m和塔中西站3 m通量计算误差,与两个站点的采集仪器架设高度差别较大有关。即使对于相对平坦的下垫面,也必须要进行倾斜校正,以修正地势、仪器振动、安装倾斜等产生的虚假信息。本研究对塔中涡动资料进行旋转时采用了二次坐标旋转方法。此结果为塔克拉玛干沙漠腹地EC通量观测的风速仪倾斜校正提供参考。     

西北半干旱区感、潜热通量特征及近50年来的变化趋势

在对比分析2007年兰州大学SACOL测站观测值和NCEP模式产品的感、潜热等变化特征的基础上,用观测资料和NCEP感、潜热通量资料的误差对1961—2008年的NCEP感、潜热通量资料进行了订正。分析了近50年西北半干旱区感、潜热的年际变化趋势。结果表明:平均而言,在半干旱区,4月感热最大,7月潜热最大;在过去的近50年间,年平均潜热通量大于感热通量。近50年来,潜热通量有减小的趋势,感热通量有增加的趋势。     

陇中黄土高原植被覆盖和裸露下垫面地表通量和总体输送系数研究

通过对陇中黄土高原地区地表观测资料的分析,研究了该地区地表能量收支各项的平均日变化、小麦不同生长阶段的热通量日变化、总体输送系数平均日变化及其与稳定度的关系。结果表明:该地区白天潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,其次为感热通量,土壤热通量最小;随着小麦的生长,潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额增加,感热通量则呈下降趋势,波文比呈下降趋势;在10m高度处,在小麦地动量总体输送系数Cd的平均值为6.03×10-3,感热总体输送系数Ch的平均值为3.40×10-3;在裸地,动量总体输送系数Cd的平均值为5.18×10-3,感热总体输送系数Ch的平均值为4.08×10-3。在同一观测高度上,Cd小麦>Cd裸地,Ch小麦相似文献   

半干旱草地地表土壤热通量的计算及其对能量平衡的影响

利用2008年7月兰州大学半干旱气候与环境观测(SACOL)站的观测资料,对比分析了地表土壤热通量的三种计算方法,即谐波法、温度预报校正法(TDEC法)以及结合自校正热通量板(HFP01SC)测量的温度积分法(ITHP法);进而分析了三种不同方法的计算结果对地表能量平衡的影响。比较5cm深度处谐波法和TDEC法的计算结果与HFP01SC的实测结果,三者的相位基本一致,相互之间均具有很好的线性关系;谐波法与TDEC法的计算值较为接近,但分别比HFP01SC的实测值偏大了2%和6%(主要发生在夜间)。对于地表的土壤热通量(G0),谐波法与TDEC法两者的计算结果仅偏差约1%;TDEC法与ITHP法的计算结果之间也具有很好的线性关系(R2=0.99),但偏差达到9%左右。相对于HFP01SC的实测结果,由谐波法和TDEC法计算的G0可将SACOL站的地表能量闭合率分别提高6%和7%左右;利用温度积分法将HFP01SC的实测结果校正到地表后,地表能量闭合率也提高了约6%。因此,在对涡动相关通量做了常规订正的情况下,当充分考虑了土壤热存储后,SACOL站的地表能量闭合率可提高6%～7%,达到82%～83%左右。     

临近绿洲的沙漠上空近地面层内水汽输送特征

1991年7月在HEIFE实验区沙漠站进行了一次水汽输送观测实验。观测发现近地面层内比湿廓线常常出现极小值，该极小值高度为零水汽通量面的高度。这个高度以上水汽向下输送，廓线呈逆湿特征，这个高度以下水汽向上输送，廓线呈蒸发特征。沙漠上空近地面层内水汽不是常通量，在一个固定高度上观测到的水汽通量和“潜热通量”不能代表地面的蒸发量和潜热通量。     

中美半干旱区长期地表通量序列的构建及检验

基于中美半干旱区8个野外试验站点2003—2008年的观测数据,选择最小二乘法线性拟合、多项式拟合、以及双重回归拟合等方法,对NCEP再分析数据集的地表通量数据进行了系统的检验和订正。结果表明,对于日平均值,拟合订正效果相对较差,仅部分站点的土壤含水量以及地表感热和潜热通量可以使用曲线拟合的方法得以改进。对月平均值,3种方案都有不同程度的订正改进效果,订正的序列还原了数据的季节变化趋势。在此基础上,综合线性回归和曲线拟合两种方法的优势,最大程度地还原资料的线性趋势,并减小因截断误差造成的信息损失,构建了中美半干旱区长期的地表通量数据序列。所构建的半干旱区长期地表通量序列也为深入认识中美半干旱区陆气相互作用的基本特征以及模式结果验证,提供了宝贵的基础数据。     

西太平洋热带海域厄尔尼诺年和非厄尔尼诺年期间湍流通量输送的不同特征

本文根据海洋科考船“实验三号”1986—1989年在西太平洋热带海域、使用系留气艇探测系统观测的140多次温度、湿度和风等廓线资料,利用Monin-Obukhov相似理论的半经验通量-廓线关系,计算给出该海域的动量通量M(特别是曳力系数C_D)、感热通量H_S和潜热通量H_L以及海表温度T_S和Richardson数Ri.结果表明:它们有明显的年际变化;感热通量H_S和潜热通量H_L与海表温度T_S呈明显正相关;曳力系数C_D与风速和Richardson数Ri也有明显相关关系,当风速一定时,C_D值随着Ri值的减少(Ri<0时的不稳定情况)而增加,而当Ri值不变时,C_D值随着风速值的增加而增加.     

青藏高原典型下垫面通量印痕特征分析

下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性,青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法,通量印痕模型FFP(Flux Footprint Prediction)为计算通量印痕提供了一种行之有效的方法。基于西藏珠穆朗玛大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站、阿里荒漠环境综合观测研究站、西藏纳木错高寒湖泊与环境国家野外科学观测研究站、慕士塔格西风带环境综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站5个台站2013年观测数据,利用FFP模型对通量印痕进行了模型参数敏感性分析,探讨了不同站点通量印痕分布的时空特点、具体影响因素,进而对观测台站架设提供指导。研究结果表明,通量印痕的主要影响因素为观测高度、风速、风向,下垫面类型为常绿针叶林的林芝站对观测高度、行星边界层高度较其他台站敏感。在青藏高原,使用三维超声风速仪观测数据得到的通量印痕的空间尺度为250～500 m。5个台站中珠峰站白天稳定层结时次最少,占白天数据点的15.69%,阿里站夜间不稳定层结时次最少,占夜间数据点的13.32%。在...     

关于棉田感热通量和潜热通量的几种计算方法

根据棉田的实测资料,选用四种常用的计算感染热通量的潜热通量的方法进行分析,发现空气动力学方法Ｉ和伯温比－能量平衡法的计算结果较一致,梯度扩散法略小,而布德科方法计算的潜热通量偏高、感热通量过低,因此得出结论：在计算棉花等作物的冠层通量时,选用空气动力学方法Ｉ最合适,其次是梯度扩散法。     

土壤传导—对流热通量计算的初步结果

本文利用气象站的地温资料，设计了一种同时考虑传导，对流两种传热方式时的土壤热通量计算方法，计算了土壤中的传导热通量，对流热通量及总热通量。发现对流热通量与传导热通量具有同样的量级，均为１０＾１－１０＾２ｍＷ／ｍ＾２。另外还初步分析了三种热通量结果与地震的关系，单站热通量序列表明地震前地热能量是持续累积的。     

土壤传导－对流热通量计算的初步结果

本文利用气象站的地温资料，设计了一种同时考虑传导、对流两种传热方式时的土壤热通量计算方法，计算了土壤中的传导热通量、对流热通量及总热通量。发现对流热通量与传导热通量具有同样的量级，均为１０１—１０２ｍＷ／ｍ２。另外还初步分析了三种热通量结果与地震的关系，单站热通量序列表明地震前地热能量是持续累积的。     

基于淮河流域农田生态系统观测资料的通量研究

运用寿县国家气候观象台(代表淮河流域农田生态系统)2007年7月至2008年6月通量观测系统的观测资料,分析研究淮河流域农田生态系统的陆气相互作用,统计梯度和涡度数据缺测率,采用空气动力学(梯度)法和涡度相关法,验证通量观测系统观测数据的可靠性,分析CO2通量、潜热通量、感热通量的季节变化与日变化特征及其与下垫面的关系,计算出地表平均反照率、能量闭合率、动量输送系数等。结果表明:通量观测仪器测得的数据可靠,原始资料具有客观性、可用性;CO2等通量存在明显的季节变化,与下垫面状况有密切的关系,日变化均为单峰型分布,由通量观测系统的观测资料计算得到地表平均反照率为0.18,平均能量闭合率为0.92,平均动量输送系数为0.0092。     

TOGA-COAREIOP海表通量估算

使用ＴＯＧＡ－ＣＯＡＲＥＩＯＰ１９９２年１１月５日至１９９３年２月１９日向阳红５号海上船舶（２°Ｓ，１５６°Ｅ）观测资料，通过３种不同的总体方法估算了这个点的海表面通量。首先得出一个中性拖曳系数和风速之间的准线性关系，然后用迭代法处理依赖于稳定度的拖曳系数和输送系数，在此基础上计算了动量、感热和潜热通量。在暖池区与西风相对应的通量远大于东信风相对应的通量，海表通量的量值也依赖于稳定度，特别是在弱风条件下。估算的海表净热量平衡表明从海洋向大气大量的热输送主要是由潜热通量和有效长波辐射产生的。其中潜热通量的数值最大、感热通量数值最小。最后和同期日本Ｒ／ＶＨａｋｕｈｏ考察船（０°，１５６°Ｅ）用涡动相关法得到的直接测量通量比较，作了精确度分析，表明用总体方法估算的通量是可靠的。并用向阳红５号船的资料估算的有效长波辐射和直接测量值作了比较，也和热带西太平洋ＴＯＧＡ调查作了比较分析。     

宁夏区域太阳日辐射通量计算方法的研究

利用银川站过去5 a的太阳日辐射观测资料(1981~1985)与大气外太阳辐射、日照时数、日照长度间的相关关系,确定了区域系数as。通过对bs的取值进行敏感测试,可得到一组最佳推算太阳辐射通量的区域系数:as=0.3,bs=0.5。用此系数和太阳日辐射通量计算公式,推算了银川站1986、1987年太阳日辐射通量并用观测值进行验证,结果表明:两者之间有很好的线性相关,R2=0.94,验证了区域系数的可信度。通过对银川站2 a(1986,1987)资料的平均误差、平均偏差、平均绝对偏差和均方根偏差的计算表明,结果与国内相关报道基本一致。对宁夏永宁站1989~2000年的太阳日辐射通量用区域系数进行估算,并与银川站的实际观测资料比较,结果显示永宁站太阳日辐射通量估算值和银川站实测值间有很好的线性关系,12 a间的方差最小值R2=0.88。     

北京城市通量足迹及源区分布特征分析

城市下垫面具有不同于其他下垫面的特殊复杂性,通量的源汇分布十分不均,导致直接测量以及定量的描述城市中水汽、二氧化碳等通量变得非常困难。涡动观测系统在城市通量观测中得到广泛应用,但由于涡动协方差观测系统传感器都架设在一定的高度上,其测量结果只反映特定点下垫面或某部分下垫面的物理过程,不能说明观测结果是否具有下垫面属性的代表性,无法反映观测通量的空间变异性。足迹函数(Footprint)的产生就是为了解决这一问题,其又称源权重函数,是描述近地面层表面源或汇的空间分布和仪器观测通量值之间关系的函数。本文采用北京325 m气象塔近1年7层涡动协方差观测数据、超声数据,分析了不同风向、不同稳定度、不同高度下足迹函数所表达的通量贡献区域范围的变化规律。结果表明,在大气稳定条件下时,通量贡献区范围的大小与主风向无显著差异,而不稳定条件下计算结果与主风向无关。在不同高度下所有稳定条件下通量贡献区范围要大于不稳定条件,中性条件则介于两者之间。8 m、16 m高度上的观测结果不能完全代表城市下垫面通量贡献区,47 m以上能够代表城市下垫面通量贡献区,280 m则已经包含了郊区和城区的权重平均。同一大气稳定度条件下,高度越高通量贡献区范围越大,90%通量贡献区范围与观测高度成线性关系,这种线性关系可以预测没有观测高度或者更高处的通量贡献区范围。