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。     

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（1—3月）>凋零期（10—12月）,反射短波辐射表现为积雪期>生长期>凋零期,长波辐射和净辐射均表现为生长期>凋零期>积雪期。（2）地表反照率4—11月的日变化均呈“U”型曲线,年均值为0.367,积雪期、生长期、凋零期的平均值分别为0.7、0.246和0.27,其中1月1日至3月15日的日均值均高于0.7,这是该期间古尔班通古特沙漠存在稳定积雪所致。（3）晴天各分量日变化均为倒“U”型曲线,多云和雨天则不如晴天平滑,雪天短波辐射和净辐射日变化呈倒“V”型,长波辐射无明显日变化。降雨前后地表反照率日均值表现为雨前晴天>雨后晴天>雨天,降雪前后表现为雪后晴天>雪天>雪前晴天。（4）融雪前后各分量变化明显,积雪快速融化时地表反照率和反射短波辐射逐日减小,净辐射则反之,积雪完全融化前地表长波辐射一直较弱,积雪完全融化后逐渐增强。     

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.     

敦煌湖泊湿地生态系统地表辐射平衡特征

利用2013年干旱环境背景下敦煌湖泊湿地生态系统的辐射数据,分析了该地区的辐射变化特征。结果表明：不同的天气背景,各辐射分量的日变化过程差异较大,晴天变化曲线呈平滑的单峰型,多云天气平滑度不如晴天,阴天、雨天和沙尘天气呈现了不规则的多峰型变化;各季辐射通量的日变化都呈单峰型,但收入量差异较大,极值出现的时间也不相同。向下短波辐射、向上和向下长波辐射、净辐射月总量的变化表现出明显的季节性,夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,向上短波辐射的月总量的季节变化不太明显。各辐射分量日平均值具有明显的季节性,夏、春季较大,秋、冬季较小,最大值出现在6月或7月,最小值出现在12月或1月。生长季的地表反照率要低于非生长季,各季日平均反照率都是早晚高,中午低,呈"U"型。     

内蒙古半干旱草原沙尘天气对近地层微气象学特征影响分析

利用锡林浩特国家气候观象台2011年4-5月近地层微气象、地表辐射和湍流通量观测数据,对比分析了内蒙古典型半干旱草原下垫面在晴天、扬沙和沙尘暴天气下各气象要素、地表辐射分量和能量平衡的变化特征。对于半干旱草原区,地面风速越大沙尘天气越强;沙尘过程开始前地面空气较暖,开始后地面空气转为相对较冷的状态;沙尘气溶胶含量越高,5 cm地温日变化趋势越弱,在沙尘过程中5 cm地温值越小。沙尘气溶胶含量越高,太阳总辐射越弱,大气长波辐射越强;地表反射辐射与总辐射有相同的日变化特征;沙尘气溶胶白天使净辐射值减小,夜间使净辐射值增大。沙尘天气直接辐射衰减非常明显,而且散射辐射在总辐射中占很大的比重。沙尘气溶胶对紫外辐射的削弱很强,并且沙尘含量越高,对紫外辐射的削弱越强。沙尘气溶胶的辐射强迫作用对地表能量平衡产生影响,使向上的感热和潜热输送减弱,使向上的土壤热通量增强或向下的土壤热通量减弱。     

北疆地区1961~2010年极端气温事件变化特征

根据1961~2010年北疆地区34个气象台站逐日平均气温、最高气温和最低气温资料,定义高温和低温的阈值、频率及其强度,并采用线性趋势、EOF等方法对其研究分析。研究表明：① 北疆地区的高温阈值研究发现空间分布变化特征基本呈现从东南向西北规律变化趋势。时间变化趋势分析发现该地区高温阈值呈现上升趋势。其中,夏季上升幅度最小,冬季上升幅度最大。频数分析发现天山山区极端高温频数变化要高于其他地区变化频数。② 北疆地区的低温阈值研究发现空间分布变化特征基本也呈现从东南向西北规律变化趋势。频数分析发现夏季频数总体呈现下降趋势。③ 通过线性趋势和EOF分析表明北疆地区高温和低温事件强度、频数呈现增加的趋势。由于北疆属于干旱与半干旱地区,生态环境较为脆弱。极端气温趋势的增加会影响到该地区的水文、工业和农业管理。     

基于GLASS数据估算中国陆表净辐射及其空间分布分析

地表辐射收支是能量循环的重要参数,影响着地球水热平衡,是全球气候变化研究的重要方面。多数研究利用MODIS数据估算地表辐射收支,模型输入参数复杂。综合利用GLASS数据、MODIS数据和地面实测数据,采用Bisht等提出的净辐射估算方法,制订一种简单的地表辐射收支估算方案,分别计算2010年1-12月中旬卫星过境时刻中国陆表净辐射的最大值。通过改进的正弦模型将估算结果转换为日最大地表净辐射,并利用地面实测日最大净辐射值对估算结果进行了验证。研究表明：综合利用GLASS数据、MODIS数据和地面实测数据建立的地表辐射收支模型能够很好地模拟中国陆表净辐射的分布,与地面实测日最大净辐射值具有较好的一致性,平均误差为27.21 W?m^-2,克服了利用其他遥感数据估算地表辐射收支输入参数复杂,数据量大的缺点,适用于大尺度地表陆表辐射收支研究。     

中国土地覆盖动态变化幅度的区域分异规律

利用1983~1992年逐月的8 km空间分辨率NOAA/AVHRR归一化植被指数(NDVI)数字影象,建立中国土地覆盖动态变化幅度指数(D),研究了中国土地覆盖动态变化的区域分异规律。结果表明:西北内陆及青藏高原变化幅度较小,广大的东南部地区(东南、西南季风区)变化幅度较大。从东南到西北变化幅度呈递减趋势,且有明显地带状分布规律。对中国土地覆盖动态变化进行分区,分出9个一级区域,15个二级区域,表明中国土地覆盖动态变化的区域差异。     

放牧对退化草地近地面辐射的影响

随着环境变化,草原地表状态也会改变,尤其是近地面能量收支过程变化更明显。为深入理解半干旱草原地表辐射能量平衡过程对放牧的响应特征,利用内蒙古正镶白旗典型退化草原2020年生长季（6—10月）的辐射通量观测资料,对比分析了禁牧、放牧草地太阳总辐射、地表反射辐射、大气长波辐射、地表长波辐射、净辐射以及地表反照率的日变化和生长季变化规律的差异。结果表明：在生长季,太阳总辐射随着时间推进逐月递减;禁牧区的地表反射辐射总体小于放牧区;各月大气长波辐射日变化幅度很小,处于130—370 W·m^-2;禁牧、放牧条件下地表长波辐射存在明显的季节变化规律,但是二者之间的差异甚微。内蒙古典型退化草原生长季近地面辐射通量有显著单峰型日变化特征。禁牧、放牧草地地表反照率都呈现“U”型日变化规律。生长季放牧草地的反照率明显高于禁牧草地。在禁牧区,辐射分量（地表反射辐射、大气长波辐射）和植被指数（归一化差异植被指数）对净辐射的影响是正向极显著的;而地表反照率和另一辐射分量（地表长波辐射）对净辐射有显著的负向作用。在放牧区,地表反射辐射和大气长波辐射对净辐射有极显著的正向作用;而地表反照率和地表长波辐射对净辐射的作用则是负向显著的。植被状况是影响内蒙古典型退化草原近地表辐射能量收支过程的首要因子。     

Spatial and temporal patterns of solar radiation in China from 1957 to 2016

Solar energy is clean and renewable energy that plays an important role in mitigating impacts of environmental problems and climate change.Solar radiation received on the earth's surface determines the efficiency of power generation and the location and layout of photovoltaic arrays.In this paper,the average daily solar radiation of 77 stations in China from 1957 to 2016 was analyzed in terms of spatial and temporal characteristics.The results indicate that Xinjiang,the Qinghai-Tibet Plateau,North,Central and East China show a decreasing trend with an average of 2.54×10^?3MJ/(m²?10a),while Northwest and Northeast China are basically stabilized,and Southwest China shows a clear increasing trend with an average increase of 1.79×10^?3MJ/(m²?10a).The average daily solar radiation in summer and winter in China from 1957 to 2016 was 18.74 MJ/m²and 9.09 MJ/m²,respectively.Except for spring in Northwest,East and South China,and summer in northeast China,the average daily solar radiation in all other regions show a downward trend.A critical point for the change is 1983 in the average daily solar radiation.Meanwhile,large-scale(25?30 years)oscillation changes are more obvious,while small-scale(5?10 years)changes are stable and have a global scope.The average daily solar radiation shows an increasing-decreasing gradient from west to east,which can be divided into three areas west of 80°E,80°E?100°E and east of 100°E.The average daily solar radiation was 2.07 MJ/m²in the 1980s,and that in 1990s lower than that in the 1960s and the 1970s.The average daily solar radiation has rebounded in the 21st century,but overall it is still lower than the average daily solar radiation from 1957 to 2016(13.87 MJ/m²).     

甘肃省黄土高原区夏季极端降水的时空特征

借助ArcGIS和Matlab数据软件平台,运用复值Morlet小波分析和数理统计方法对甘肃省黄土高原区夏季极端降水的频数和强度在时空上的变化特征进行分析。结果表明:①近半个世纪以来,该区极端降水事件发生的频数和强度在6、7月周期较长,8月周期较短:即6、7月极端降水事件发生的主周期是11~12 a,8月是4~5 a的周期。②从空间尺度来看,该区夏季极端降水带移动由西向东表现为:大致以庄浪、秦安、天水一线为界,6月频数和强度大值区在这一线以西海拔相对高的山区,而7—8月在这一线以东地区,尤其是陇东地区的东南部。③总体趋势是6月极端降水频数和强度明显呈上升趋势;7月极端降水频数和强度呈下降趋势;8月极端降水频数呈下降趋势,强度呈微弱上升趋势。     

Studies on frozen ground of China

1ThestatusoffrozengroundinChinaBased on previous studies, Zhou and Guo (1982) summarized the distribution characteristics of permafrost in China and indicated that the permafrost area in China is about 215×104 km2, in which about 163.4×104 km2 is on the Tibetan Plateau. After mapping and zonation of frozen ground in 1983, Xu and Wang suggested that the areas of permafrost, seasonally frozen ground and temporal frozen ground in China were 206.8×104 km2, 513.7×104 km2 and 229.1×104 km2 …     

Studies on frozen ground of China

Permafrost in China includes high latitude permafrost in northeastern China, alpine permafrost in northwestern China and high plateau permafrost on the Tibetan Plateau. The high altitude permafrost is about 92% of the total permafrost area in China. The south boundary or lower limit of the seasonally frozen ground is defined in accordance with the 0 oC isothermal line of mean air temperature in January, which is roughly corresponding to the line extending from the Qinling Mountains to the Huaihe River in the east and to the southeast boundary of the Tibetan Plateau in the west. Seasonal frozen ground occurs in large parts of the territory in northern China, including Northeast, North, Northwest China and the Tibetan Plateau except for permafrost regions, and accounting for about 55% of the land area of China. The southern limit of short-term frozen ground generally swings south and north along the 25o northern latitude line, occurring in the wet and warm subtropic monsoon climatic zone. Its area is less than 20% of the land area of China.     

中国冻土研究进展

Permafrost in China includes high latitude permafrost in northeastern China, alpine permafrost in northwestern China and high plateau permafrost on the Tibetan Plateau. The high altitude permafrost is about 92% of the total permafrost area in China. The south boundary or lower limit of the seasonally frozen ground is defined in accordance with the 0 ℃ isothermal line of mean air temperature in January, which is roughly corresponding to the line extending from the Qinling Mountains to the Huaihe River in the east and to the southeast boundary of the Tibetan Plateau in the west. Seasonal frozen ground occurs in large parts of the territory in northern China, including Northeast, North, Northwest China and the Tibetan Plateau except for permafrost regions, and accounting for about 55% of the land area of China. The southern limit of short-term frozen ground generally swings south and north along the 25° northern latitude line, occurring in the wet and warm subtropic monsoon climatic zone. Its area is less than 20% of the land area of China.     

中国“三生空间”分类评价与时空格局分析

本文在探究“生产—生活—生态”三生空间理论内涵的基础上,分析了土地利用功能与土地利用类型的辩证关系,依据土地利用现状分类国家标准,建立了三生空间分类与评价体系,揭示了1990-2010年间中国三生空间的格局及其变化特征。结果表明：① 生产空间主要分布在胡焕庸线东南侧的主要城市群及粮食主产区,其扩张区域主要分布于东北平原、新疆西北、宁夏、兰州—西宁、四川盆地、环渤海、长三角、厦漳泉、珠三角等地区,缩小区域主要分布在黄土高原、呼伦贝尔大草原、江汉平原、闽南丘陵等地区;② 生活空间主要集中在全国主要城市及城市群,整体上呈现“东高西低、北高南低;大分散、小集聚”的空间格局,其扩张过程表现为环渤海、长三角、珠三角三大城市群的大规模、区域式扩张和各主要省会城市的小规模、点状式扩张。③ 生态空间主要分布在胡焕庸线西北侧,整体呈现“西高东低,南高北低”的空间格局;④ 工业化、城镇化是中国三生空间变化的基本动力,西北和东北地区的农田开垦、华北平原和三大城市群的城镇化建设、黄土高原的退耕还林等是导致三生空间区域差异的主要原因。本文可以为三生空间的分类规划和优化决策提供参考依据。     

青藏高原北部五道梁地表热量平衡方程中各分量特征

利用青藏高原北部五道梁地区实测的太阳辐射及气象资料,计算分析了高原北部地面热量平衡方程中各分量特征,定义了一个无量纲参量土壤热平衡系数k。结果显示:五道梁地区地表净辐射及地面加热场强度表现为夏季大,冬季小,地表净辐射累年平均通量为65.5 W/m2;土壤热通量自1997年来有增大的趋势;土壤热平衡系数有增大的趋势,平均值为1.17;感热及潜热是地面热平衡方程中的大项,其中感热居首位,潜热居其次;暖季感热、潜热以相反的趋势变化,Bowen比β值有下降的趋势。     

1960 年以来青藏高原气温变化研究进展

青藏高原是中国最大、世界海拔最高的高原,它对全球气候系统存在显著影响.本文对青藏高原自1960年以来的气温变化特征及其影响因素的研究进行了概述与总结.近50 年来,青藏高原气温明显上升,经历了一个冷期和一个暖期,气温在20 世纪80 年代发生突变,整体呈现前低后高波动上升的趋势;最低气温和最高气温呈不对称的线性增温趋势,最低气温的上升速率要比最高气温快得多;而极端事件频率、强度也有所变化,其中低温事件大大减少,高温事件则明显增加;各类界限温度的积温以及持续日数等生物温度指标也都显著增加.在空间分布上,青藏高原气温呈现出整体一致增暖,并且有西高东低、南北反相的变化形态.影响青藏高原气温变化的因素有很多,主要包括天文因素、高原内部气象要素以及外部环流影响等.     

宁南地区地表特征参数及辐射平衡区域分布

本文利用2001年6月30日LANDSAT-7 ETM+卫星遥感资料和宁夏南部及周边区域22个气象站气象观测资料,求得地表特征参数中NDVI、地表反射率、地表温度和地表辐射平衡各量中地表短波吸收辐射、地表长波辐射区域、大气逆辐射、净辐射的区域分布和分布直方图,将地表分成5类,分类别讨论了其各量分布特征。主要研究结果表明:地表特征参数及地表辐射平衡各量的分布均呈现明显的地带性,各区域分布图上山体、水体的轮廓很显著,主要原因是山上及河流附近生长着茂密的植被,说明植被的分布在相当程度上影响了辐射平衡各量和地表特征参数的分布。     

农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈研究进展

地表过程对全球变化的响应和反馈是地球系统科学研究的核心课题之一,目前的研究多关注全球变化对地表过程的影响,而地表动态过程对地表生物物理过程及气候的反馈研究较少。系统认识地表物候动态对生物物理过程及气候的反馈对深化地球系统科学研究有着重要的意义。本文从农业物候动态的事实、农业物候动态在陆面过程模型中的参数化表达、农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈等方面进行综述,发现在气候变化和管理措施影响下,以种植期和灌浆期为代表的农业物候期发生了显著的规律性变化;耦合农业物候动态,改善了模型对地表动态过程、生物物理过程和大气过程的数字化表达;农业物候变化对地表净辐射、潜热、感热、反照率和气温、降水、环流等过程产生了影响,并表现出以地表能量分配为主的气候反馈机理。针对农业物候动态对地表生物物理过程及气候效应的时空重要性,需要继续开展以下方面的工作：① 加强全球变化对地表物候动态的影响及其反馈的综合研究;② 不同光谱波段地表反射率与农业物候动态的关系研究;③ 农业物候动态引起的作物生理学特征变化在地表生物物理过程中的贡献;④ 重视不同气候区物候动态对气候反馈效应的差异。     

塔克拉玛干沙漠腹地秋季陆面过程特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中2014年10月的秋季涡动通量数据，分析了塔中秋季陆面过程通量变化特征。结果表明：（1）塔中秋季10月净辐射R_n、感热通量H、潜热通量LE、地表土壤热通量G₀峰值依次为273.0、141.6、5.0、105.0 W·m^-2，平均日总量依次为2.85、2.68、0.08、-0.57 MJ·m^-2，净辐射能量分配以感热能量输送为主。（2）不同典型天气下，净辐射日总量扬沙>晴天>阴天>降水；阴天、扬沙天气H随R_n不同程度削减而减少，降水天气潜热增多导致日变化特征有别于其他天气。（3）10月能量闭合率为79.0%，不同天气能量闭合率阴天>晴天>扬沙>降水，依次为86.8%、83.4%、79.4%、71.4%。（4）地表反照率晴天呈“U”型变化，阴天和扬沙天气地表反照率趋势变缓发生波动现象，降水天气波动较大，趋势先降低后回升。（5）月平均热通量日间为正值，夜间为负值。日间能量闭合率为73.9%，夜间为50.8%，存在较高的能量不闭合。