河西地区绿洲的小气候特征和"冷岛效应"

通过河西地区近地层气象梯度观测研究,分析了河西绿洲的小气候特征,发现存在一种“绿洲冷岛效应”,并分析了这种效应的物理机制和实际意义.     

河西绿洲效应的数值模拟研究

利用MM5V3．6模式,设计了一组河西绿洲存存的控制试验和绿洲变为荒漠的“去绿洲”试验;模拟分析了剔除现有绿洲影响下,背景场的环流、温度及湿度情况,同时对比分析了绿洲存在状况下,环流场及温度、湿度场的特征。通过两者的对比分析,更加清晰地再现了河西绿洲效应的特点。     

近50年河西绿洲地面风的时空变化特征

根据河西绿洲13个气象台站1951年1月—200O年12月的地面风资料,统计分析了河西绿洲地面风的时空变化特征。河西绿洲大多数台站夏季盛行偏东风,冬季盛行偏西风,各站的最大风速一般出现在春季。绿洲中静风频率较高,绿洲各站地面风平均风速在20世纪5O年代有一峰值,但时间跨度较短,之后波动增加,至70年代达到峰值,然后逐渐减少。河西绿洲大部分台站从70年代盛行风向发生了改变。河西绿洲一些站的地面风向存在昼夜反向的特征。     

气象卫星遥感监测甘肃河西绿洲植被变化

根据甘肃降水资料和农业气象资料分析得出 ,1 989和 1 998年为相似年景 ,利用 1 989年和 1 998年NOAA气象卫星AVHRR资料 ,计算分析了 1 0a来河西绿洲植被面积和植被指数等级的变化。分析结果表明 ,1 0a来河西绿洲面积呈增加趋势 ,各绿洲植被指数有不同程度的增加。     

对民勤绿洲生态退化问题的探讨

针对位于河西走廊东北部、石羊河流域最下游的民勤绿洲近40a生态环境逐渐退化的现象,从土地荒漠化、植被死亡等方面分析了民勤绿洲退化的特点;从气候变化和人类活动等方面分析了民勤绿洲退化的原因;最后针对保护石羊河流域生态环境提出几点建议。     

河西地区非均匀下垫面的大气变性过程

利用ＨＥＩＦＥ野外观测资料，分析了河西地区黑河流域夏半年下面动力和热力特性的不均匀 ；并以个别具有一定代表性的晴天观测资料为例，客观地分析了绿洲与沙漠或戈壁下垫面突变所产生的近地层大气变性过程；初步解释发绿洲近地层逆温和沙漠或戈壁近地层逆湿的形成机制，同时也讨论了绿洲和沙的水汽输送过程。     

河西走廊地区气候和绿洲生态研究的若干进展

河西走廊地区以其独特的生态环境和气候特征一直成为众多学者研究的焦点区域,文中从该区温度、降水特征及其背景下区内绿洲生态环境变化两方面,对国内在这些方面的研究成果作了初步的归纳整理和分析综述。     

盆地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．5非静力平衡模式,通过三重嵌套的降尺度方法,没计理想化的圆形盆地地形和绿洲,模拟研究了盆地绿洲环流及边界层特征。发现盆地感热随地形高度而变化潜热随地形高度没有变化,仅与下垫面特征有关。盆地绿洲感热小,潜热大,绿洲气候效应明显。盆地绿洲形成的环流与地形环流一致,这有利于加强地形环流。但地形形成的环流强度比绿洲环流要弱得多。盆地绿洲对大气边界层的湿度影响很明显。绿洲的水汽输送通过地形下沉气流加强,使山谷绿洲的气候效应得到加强。结果表明,盆地绿洲由于其地形环流与绿洲环流一致,故使绿洲效应加强。     

绿洲效应的模拟及内外因子的敏感性实验

利用一个已发展的陆面物理过程参数化方案与大气边界层数值模式耦合,模拟了半干旱区绿洲戈壁非均匀下垫面的陆面物理过程及其与大气边界层的相互作用,成功地描绘了绿洲戈壁局地气候效应,并进行了绿洲戈壁局地气候效应对于降水、绿洲水平尺度和植被结构等若干内外因子的敏感性实验.结果表明:绿洲的最小临界尺度为5～10 km之间,最大临界尺度为55～65 km之间,而最利于绿洲维持的尺度范围为20 km左右,这一结论与我国西部地区现存的绿洲尺度统计结果十分一致;绿洲植被覆盖率为0.6左右时,最利于绿洲发展.另外对植被空间分布方式和绿洲植被组成比例上也进行了数值实验,并对影响绿洲生存和持续发展的内、外因子气候效应的影响力量级进行了分级.这些结果对于深入了解绿洲气候的形成和维持机理具有重要的意义.     

夏季金塔绿洲效应的理想数值试验研究

利用复杂地形下高分辨率边界层数值模式BLASIUS,基于"绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究"实验期间的观测资料,通过一系列的理想数值试验,探讨了沙漠与绿洲间地表温差、浮力频率以及背景风速对绿洲效应的影响。结果表明:绿洲与沙漠间地表温差的增大对金塔绿洲上空"冷岛效应"和"湿岛效应"的增强作用主要表现在500 m高度以下,使得"冷岛"的宽度增加,"湿岛"的高度降低,且对"湿岛效应"的影响较"冷岛效应"滞后约1 h;增大浮力频率,绿洲上空的上升气流增多,1.5 km高度以上沙漠与绿洲过渡带的垂直速度增大;增大背景风速,绿洲与沙漠间的垂直环流的对称性减弱,环流中心的高度降低、强度减弱。     

夏季河西地区绿洲-沙漠环境相互作用热力过程的初步分析

从绿洲和沙漠地面能量平衡方程和水分平衡方程出发,得到了表达绿洲稳定度和绿洲环流的表达式,绿洲地表温度低于沙漠的最主要原因是绿洲地表明显的蒸发。绿洲上大气稳定度的增加对于维持绿洲是一个重要的自我保护机制。从动力学角度来看,绿洲区明显的下沉(上升)运动将使大气稳定(不稳定)。反照率效应将减弱绿洲风环流,相反,蒸发效应会驱动它。绿洲中过多的蒸发使绿洲地表温度低于周围沙漠。这种温度差异使绿洲风环流产生,并且使绿洲区产生下沉运动、沙漠区产生上升运动。     

河西内陆河流域的水循环特征

本文主要从分析我国西北内陆水循环主要环节出发。揭示河西内陆河流域水循环在山区形成水资源、在平原散失水资源和在人工绿洲产生水循环二元结构、以及水量相互转化和联系的特征；对山区消耗水量，走廊盆地人工绿洲建设引起的地表水与地下水转化的变化及其消耗水量的增加。以及下游水分亏缺等问题作了评价；还对山区与平原绿洲及其之间的局地水循环，西部开发实施黑河和塔里木河综合治理中实现良性循环和传递流域水循环整体概念等问题进行了讨论。     

西北干旱区绿洲—戈壁资料同化数据集的建立与分析

利用美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)共同开发的天气研究和预报系统WRF模式3.1版本,结合地球观测系统的中分辨率成像光谱仪EOS-MODIS反演的下垫面土地利用/植被类型资料,并同化2008年夏季金塔绿洲野外观测试验所取得的气象资料,对绿洲系统陆—气水热交换过程进行模拟,最终生成金塔高分辨率资料同化再分析数据集。此数据集包括黑河流域金塔绿洲2008年6-8月逐时水平分辨率1 km的土地利用类型、19层风温湿压、4层土壤温湿度以及地表植被覆盖、辐射分量、热通量等资料。同时,利用金塔绿洲观测期内的地表气压、地面气温和相对湿度实测值对该数据集进行初步验证,并分析了绿洲—戈壁系统的"冷湿岛效应"、平均大气环流特征和空气温湿度长期变化规律。结果表明,绿洲和戈壁下垫面的热力差异明显,绿洲和戈壁平均地表温度白天和夜间分别相差21℃和3℃;10 cm土壤温度白天最大相差17℃,并且绿洲比戈壁滞后3 h达到峰值;戈壁相对湿度比绿洲平均约低11%;白天绿洲的"冷岛效应"和"湿岛效应"影响高度平均可达2000 m和1500 m;夜间绿洲的近地层500 m以下则表现出弱的"冷岛效应";夜间绿洲上空的平均垂直气流为上升气流,白天出现大范围下沉气流,平均最大下沉气流速度可达-0.3 m·s-1。     

用气象卫星监测祁连山区积雪资源的研究

一、引言高山积雪是内陆干旱地区重要的水资源。随着工农业生产发展和人口增长,加之气候趋向干暖,我国淡水资源日趋紧张,西北干旱地区水资源的供需矛盾更为突出。祁连山区的季节性积雪为河西和柴达木内陆河提供大量径流,支持了河西走廊工农业和生活用水,以维持戈壁绿洲的生态平衡。黑河和石羊河水系是我国内陆河流域水资源供需矛盾突     

自然干燥度和实际干燥度及其应用

提出了“自然干燥度”和“实际干燥度”的概念,并将两者应用于甘肃黄土高原和河西走廊绿洲的气候植被类型划分,结果表明,实际干燥度确定的上述两类地区的气候植被带,与自然景观大致相符合。     

绿洲环境形成机制和干旱区生态环境建设对策

绿洲生态环境建设对我国西北干旱地区的经济可持续发展有着特殊的战略意义。本文总结了绿洲小气候的一系列研究结果。根据绿洲小气候的形成机制和绿洲稳定性状态，提出了我国西北干旱区生态环境建设对策及提高绿洲的稳定性和抗干扰能力的建议。指出绿洲生态环境保护和建设对策应充分利用绿洲冷岛效应小气候特点，把有限的水资源与丰富的光热资源结合起来，发展独特的气候生态类型。对于不同稳定状态绿洲生态环境建设应采取不同对策。并指出良性绿洲生态环境建设应发展耐旱喜阳生态农业，提高水资源利用效率；低效绿洲生态环境建设应尽量调整绿洲格局，将破碎绿洲连通成片，力图减小晒衣绳效应；“退化绿洲”生态环境建设的对策是在足够水资源供给的条件下修复生态系统，限制地下水开采和农牧业的发展，抑制生态系统的进一步恶化。     

干旱区绿洲诱发的中尺度运动的模拟及其关键因子的敏感性实验

利用一个非静力平衡的、高分辨的、二维中尺度大气数值模式，并在仅考虑简单过程的情况下，模拟了干旱区中绿洲所诱发的中尺度运动，并进行了这种中尺度大气运动的强度对绿洲水平尺度、绿洲与周围环境的水平热力差异、大尺度背景场水平风速和大尺度地表加热率等一些重要物理参数关系的敏感性实验研究。研究发现：中尺度大气运动强度随水平热力差异的增大而加强，随背景场水平风速和大尺度地表加热率增强而分别减弱。但随绿洲水平尺度的变化并不像前三个因子一样为单调函数，而是在绿洲水平尺度为20km时中尺度大气运动最强，绿洲水平尺度更大或更小时中尺度大气运动强度均会减弱。通过统计甘肃省河西地区的绿洲水平尺度分布规律，发现绿洲分布最集中的尺度在15－25km，与模拟所得到的能源发最强中尺度运动的绿洲水平尺度基本一致。     

河西东部绿洲农作物生物量变化特征初探

利用地处干旱绿洲的河西走廊东部武威农业气象试验站1994—2001年农作物玉米生物量观测资料,分析了河西走廊东部绿洲农作物生物量年际、年内变化特征。结果表明：玉米叶面积、叶面积指数及叶、穗、株干重的年内变化呈S型曲线,叶、叶鞘、茎、穗、株鲜重及叶鞘、茎干重的年内变化表现为缓慢增长快速增长一缓慢增长一下降的趋势;各生物量数值在不同生长发育期存在不一致的年际变化,而生物量年内变化趋势在不同年份基本保持一致,但阶段变化速率有一定的年际差异。研究认为：在全球气候变化大背景下,农作物生物量变化的基本特征没有改变,但全球气候变化对农作物生物学进程及其生物量积累产生了一定的扰动．并且在不同生物量的不同生长时段产生不同的影响。     

夏季金塔绿洲与沙漠次级环流近地层风场的初步分析

利用2004年6～8月在甘肃省酒泉金塔地区进行的“绿洲-沙漠能量和水分循环的野外观测试验”的风场资料,分析了该地区两种不同的绿洲沙漠低层风场结构。结果表明：绿洲沙漠的温差效应可以激发绿洲和沙漠间的次级环流,在白天绿洲沙漠边缘低层是辐散气流,夜间表现为辐合气流;在大背景风场较强的情况下,在背景风场风向方向上局地环流被掩盖,而其它方向上局地环流占主导地位;大背景风场处于转换期,如西风转东风时,当西风削弱。而东风还没有产生时,绿洲地区背景风场很小,绿洲沙漠环流较为明显。     

金塔绿洲小气候效应的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3．6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了夏季金塔绿洲小气候效应特征。绿洲的存在改变了沙漠地区原有的环流结构和湿度分布;绿洲边界层低,沙漠边界层较高,绿洲较低的边界层结构实际上是一个保护层,使得绿洲大气中水分保存在较低边界层中,对绿洲生态系统的发展起到了保护作用;绿洲地区感热通量小,潜热通量大;沙漠地区感热通量大,潜热通量小。通过能量和水分的非均匀分布驱动了绿洲环流,使沙漠区域产生上升气流,绿洲区域产生下沉气流。