塔克拉玛干沙漠地面有效辐射研究

本文利用塔克拉玛干沙漠科学考察期间采集的整年沙漠辐射观测资料,结合沙漠周围地区有效辐射计算值,分析了沙漠有效辐射的日变化及影响因子的作用,同时分析研究了沙漠及周围地区有效辐射的年变化以及有效辐射的地理分布。     

古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠.利用2017年该沙漠克拉美丽站辐射资料,分析了古尔班通古特沙漠不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征.结果表明:(1)不同月份沙漠辐射收支各分量月平均日变化均呈单峰型,但极值大小及出现时间存在差异.各分量曝辐量季节变化明显:太阳总辐射表现为生长期(4-9月)＞积雪期...     

塔克拉玛干沙漠腹地辐射平衡和反照率变化特征

辐射平衡直接影响地气系统物质和能量交换,辐射平衡研究极其重要。本研究使用了2006年8月至2011年12月位于塔克拉玛干沙漠腹地塔中的塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站地表辐射和反照率观测资料,分析了辐射平衡和地表反照率季节变化和年变化以及各种典型天气下日变化的特征,并与其他地区进行了对比。结果表明：沙漠腹地辐射平衡各分量最小值均出现在1月,各分量最大值出现时间不一致,其中短波辐射5月最大,长波辐射7月最大,而净辐射最大值在6月。各辐射分量夏季最大,冬季最小;总辐射四季平均日变化极值低于青藏高原,与黑河戈壁相差不大;反射辐射春季与夏季、秋季与冬季差值较小。短波辐射和净辐射各季日峰值出现在12：00,长波辐射各季日峰值出现时间比短波辐射滞后1～3 h。大气长波辐射各季日振幅较小,约为地面长波辐射的1/5～1/4,且地面长波辐射各季日变化为不对称分布;长波辐射各季日最小值都出现在日出前1 h。多云、浮尘和沙尘暴天气辐射平衡日变化不规则,云量和沙尘对辐射各分量影响明显;沙尘暴日,大气长波辐射峰值可增加18%,而总辐射、反射辐射、地面长波辐射和净辐射峰值分别衰减了57.8%、54.0%、55.8%和21.9%。地表反照率3月最大（0.30）,7月最小（0.25）,平均值为0.27;夏季小,冬季大;晴天早晨和傍晚大,沙尘暴日最大。     

石河子垦区沙漠和绿洲下垫面生态条件下能量交换特征

 在古尔班通古特沙漠南部流动沙区及其以南100 km的滴灌棉田为绿洲下垫面的生态条件下,分析研究了能量输送的不同模式和日变化进程。在沙漠生态条件下, 大部分净辐射用于感热通量的散失,另一部分用于向地下传输,少部分则用于潜热输送;与沙漠相比,在滴灌棉田生态条件下的绿洲能量输送的基本模式为: 农田蒸散的潜热能量占绝大部分,少部分用于感热通量和土壤热通量的消耗,另一个与沙漠不同的特征是绿洲存在地表能量平衡差额。     

绿洲沙漠系统地表辐射收支的模拟研究

利用2004年开展的“金塔绿洲系统能量与水分循环过程观测试验（JTEX）”所取得的资料和中尺度气象模式MM5对西北地区金塔绿洲系统进行了数值模拟研究,模拟结果较好地反映了绿洲-沙漠系统的气象场和辐射场。模拟结果显示,绿洲、沙漠的短波辐射和净辐射具有明显的日变化,而长波辐射的日变化则不很明显;绿洲、沙漠的向下短波辐射相似,峰值在1 050 W·m-2左右;绿洲向上短波辐射峰值略小,约166 W·m-2,沙漠向上短波辐射峰值约261 W·m-2;绿洲、沙漠的长波辐射相差不大,全天基本上分布在300 W·m-2左右;绿洲净辐射峰值约914 W·m-2,大于800 W·m-2左右的沙漠地区。净辐射在沙漠或绿洲同种地表类型上基本与区域一致,分布均匀,下垫面上数值相差不超过10 W·m-2。白天不同下垫面上的净辐射有较大的差别,最大差异可达100 W·m-2。     

夏季不同天气背景条件下黑河中游不同下垫面的辐射特征

 利用2005年“绿洲系统能量水分循环观测实验”（JTEX）获得的资料分析了夏季晴天和阴天西北干旱区金塔绿洲不同下垫面的辐射收支特征。结果表明:由于下垫面的水热特性不同,绿洲与沙漠、戈壁的辐射特征有很大差异,而沙漠和戈壁的差异则较小。相同天气背景条件下,不同下垫面的向下辐射基本一致,绿洲的向上辐射最小,净辐射最大。地表辐射特征会随天气状况有较大变化。     

中国天山西部山地积雪辐射平衡研究

本文给出了1986-1987年冬春两季积雪辐射平衡的数据以及积雪辐射平衡与短波辐射平衡、长波辐射平衡的同步变化关系;指出了短波辐射平衡对融雪的积极作用,强调了积雪反射率对融雪过程的负反馈机制;并将积雪辐射平衡与融土辐射平衡进行了类比;从能量平衡的观点对不同容重的积雪融化速率进行了分析.该文的结果对研究积雪融化具有重要意义。     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

沙漠绿洲不同下垫面夏季能量收支对比分析

利用"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"2005年在甘肃金塔不同下垫面的观测资料,对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面夏季辐射和地表能量收支及闭合特征进行了全面的时空对比分析,结果表明:(1)不同下垫面太阳向下短波辐射没有明显差距,地面短波向上辐射差别较大,大气长波向下辐射变化较小,地表长波辐射差异显著.另外,地表吸收辐射戈壁沙漠日变化较绿洲显著.(2)沙漠与戈壁各通量特征相似,而与绿洲上的有很大差异.(3)能量通量测量存在明显的不确定性:影响能量通量不闭合的原因,主要是超声和土壤热通量的测量误差.     

秦岭黄淮平原交界带地表面辐射平衡的计算和分析

采用适合本地区特点计算精度较高的气候学计算方法，计算了交界带的辐射平衡及其各分量。并分析其水平、垂分布和季节变化的特征。由于西太平洋副热带高压和山地平原交界带的地形的互相作用，使交界带从北到南形成较为稳定的辐射平衡低值带。     

塔克拉玛干沙漠北缘过渡带紫外辐射和总辐射特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘沙漠-绿洲过渡带肖塘地区2011年直接探测的辐射资料,对该地区紫外辐射、总辐射状况进行了初步分析。结果表明:紫外辐射、总辐射年变化位相基本相同,年曝辐量分别为242.62、5441.31 MJ\5m-2,分别比塔克拉玛干沙漠腹地少21%、10%,年平均日曝辐量分别为0.68、15.35 MJ\5m-2。总辐射辐照度最大值为1329.6 W\5m-2,紫外辐射辐照度最大值为62.7 W\5m-2,出现在6月。沙尘暴对紫外辐射的减弱作用最明显,扬沙次之,浮尘减弱作用最小。紫外辐射日平均曝辐量占总辐射日平均曝辐量的3.36%～7.25%,年平均曝辐量占4.45%。     

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明：（1）利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R²均在0.8以上。（2）地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R²为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^-2。（3）地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征：早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。（4）地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。（5）沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。     

塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射收支特征研究

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站探测的辐射数据,分析了流动沙漠区近地层辐射收支特征以及云和沙尘对其的影响。总辐射在夏季某些特定的天气条件下接近太阳常数。不同天气条件下,辐射收支特征存在较大差异;总辐射受云和沙尘的影响最明显,变幅最大,夏季沙尘暴天气时比晴天减少了80%以上;反射辐射的日变化趋势在各个季节内、各种天气条件下与总辐射非常一致;大气长波辐射所受影响较小,且云和沙尘会使其略微增加;地面长波辐射的变化幅度最小,均在10%以下;净辐射在阴天时略微降低,沙尘天气时明显降低,为负值。观测期间的平均辐射特征与晴天比较接近,平均的总辐射、净辐射与晴天的比值白天基本在0.7左右,说明云和沙尘对塔中的辐射能量有较大的强迫作用。     

新疆区域大气透明度研究

在分析新疆区域大气透明度过程中,为克服福布斯（FORBERS）效应,即大气质量M对太阳光谱成分变化产生的干扰,将复合透明度系数Pm订正到相对大气质量M=2（H=90°）时所计算出来的积分透明度P2来进行描述。利用乌鲁木齐、喀什40多年长序列太阳辐射资料以及塔克拉玛干沙漠腹地及周边地区相关的辐射和气象资料,分析新疆区域大气透明度的年际、月际和日变化以及影响大气透明度的主要气象因子。结果表明,乌鲁木齐、喀什的大气透明度在40多年中,其年际变化特征主要表现为P2呈逐步下降的趋势,这种下降在20世纪90年代至今的近20 a里有加速的趋势;从季节角度分析,P2的这种逐年代下降的趋势在冬季（1月）和春季（4月）更为显著,而在夏季（7月）和秋季（10月）,这种下降则较为温和,无论乌鲁木齐还是喀什,以十年段平均值的振幅来看,乌鲁木齐P2在1月和4月均在0.2以上,而7月和10月则均在0.2以下,表现的更为明显,喀什亦有类似特征;新疆大气透明度在一年中的变化,以冬季为最佳,秋季次之,春季最差,近年来,乌鲁木齐地区冬季大气透明度急剧下降,其最高值已出现在秋季,喀什也呈现出同样现象,这表明了在城市化情况下,以人类活动影响因素为主所导致的大气污染,使空气的透明状况越来越差;新疆大气透明度的日变化表现为早晚高、中午低的特点,其逐日变化则与天气过程相关联;新疆的下垫面多为沙漠、戈壁,大气中的尘埃含量和水汽压变化是新疆大气透明度的重要影响因子,尘埃含量的变化是塔里木盆地大气透明度变化的最重要影响因子,其与大气透明度的变化呈反相关,而水汽压的变化亦与大气透明度变化呈反相关关系。     

塔克拉玛干沙漠近地层湍流热通量计算方法比较研究

利用2007年8月3日至10月31日在塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站取得的大气边界层观测资料,比较了涡动相关法、波文比法和空气动力学法计算得到的湍流热通量,分析了塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量的日变化特征。结果表明：波文比法、空气动力学和涡动相关法计算得到的塔克拉玛干沙漠腹地湍流热通量日变化特征是一致的,整个观测期间,空气动力学方法和波文比法计算得出的湍流通量大于涡动相关法。它们的顺序分别为,波文比法计算得出的湍流热通量最大,空气动力学方法次之,涡动相关法最小;塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量基本上以12:00时为中心,呈对称分布。净辐射、土壤热通量、感热通量具有非常明显的日变化特征。净辐射日最高值324 W·m-2出现在当地时间11:30,最小值-85 W·m-2出现在当地时间18:30;土壤热通量在12:00左右达到日最高值143 W·m-2,而20:00时出现最小值-69 W·m-2;感热通量在13:30时左右达到最高值178 W·m-2,19:00时左右出现最小值-7 W·m-2;相对于上述3个能量平衡分量,潜热通量的日变化特征不太明显。每日12:30左右出现潜热通量的最大值43 W·m-2,06:00时出现日最低值－1 W·m-2。     

南疆沙尘暴气候特征分析

根据新疆地面气象记录月报表,整理出1961-1999年39a南疆42个气象观测站的沙尘暴天气现象资料并进行统计分析,给出南疆地区沙尘暴的时空分布特征。结果表明:①南疆沙尘暴的高发区在塔克拉玛干沙漠,沙漠南缘高于其它周边地区;②沙尘暴的多发年代在20世纪70年代,90年代沙尘暴的发生明显减少;③沙尘暴主要出现在3~8月,最活跃的是4~6月;④塔里木盆地全天都有沙尘暴发生,主要是在2~6时、11~15时、19~24时三个时段,其它地区在15~22时;⑤塔里木盆地周边地区多数沙尘暴持续时间在25h以内,其它地区大多数沙尘暴持续在30min以内。沙尘暴的最长持续时间盆地周边超过20h,其它地区在10h之内。     

塔克拉玛干沙漠北缘辐射分量特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘自动站2011年直接探测的辐射资料,对该地区辐射状况进行了初步分析。结果表明:短波辐射各个分量的月总量最大值均出现在7月,总辐射瞬时最大值为1 329.6 W·m-2,出现在6月。晴天天气下,辐射分量均为夏季最大,冬季最小,除大气长波辐射外,其他分量均呈现出标准的倒“U”型。大气长波辐射浮尘、扬沙天气时的日总量,均与晴天时一致;而地面长波辐射日总量则是晴天时最大,浮尘天气次之,阴天最小。肖塘地区地表反照率冬季较大,夏季较小,年均值为0.27,比塔克拉玛干沙漠腹地（0.3）低10%,但远高于绿洲和高原。     

卫星反演太阳紫外辐射数据产品在东疆黑戈壁区域的适用性验证

论文利用2017年东疆哈密地区红柳河黑戈壁地面高精度紫外辐射实测数据与美国NASA Langely研究中心大气科学数据中心提供的CERES_SYN1 deg_Ed4A产品数据,对卫星反演的紫外辐射A、B波段(UVA和UVB)数据在该地区的适用性进行了对比验证。结果表明：① 在日尺度上,该地区地面实测紫外辐射UVA和UVB与卫星反演数据之间的相关系数达0.9以上,其中在全天空情况下UVA平均偏差为1.15 W·m ^-2、UVB 平均偏差为0.03 W·m ^-2,晴天条件下UVA和UVB的平均偏差分别为0.93 W·m ^-2和0.03 W·m ^-2;② 在季节尺度上,实测和卫星反演UVA和UVB的偏差夏季最大,分别为2.04 W·m ^-2和0.05 W·m ^-2,春冬两季次之,秋季最小;③ 红柳河地区在春夏两季受到气溶胶光学厚度(AOD)影响较大,呈现显著负相关;④ 云量越大,紫外辐射削弱程度越大,在多云条件下地面实测与卫星反演UVA与UVB偏差最大,分别为1.73 W·m ^-2和0.05 W·m ^-2。