降雨对青藏高原多年冻土区地表辐射的影响——以北麓河地区为例

青藏高原地表辐射变化影响多年冻土地表能量收支平衡、热工计算温度场边界条件以及冻土热稳定性。降雨变化是影响地表辐射的重要因素,以青藏高原北麓河地区的地表辐射资料和浅层地表水热监测数据为基础,分析了降雨对多年冻土区地表辐射特征的影响。研究表明：受降雨影响,辐射分量具有明显的日变化和年际变化特征,短波辐射被严重削弱,地面长波辐射削弱程度较低,而太阳长波辐射增强。小雨作用后,太阳短波、地面短波、地面长波辐射日积分量分别减少24.6%、37.9%、4.2%,太阳长波增加了4.3%;中雨作用后,太阳短波、地面短波、地面长波辐射日积分量分别减少32.2%、43.4%、1.7%,太阳长波增加了11.6%;大雨作用后,太阳短波、地面短波、地面长波辐射日积分量分别减少56.3%、65.5%、4.4%,太阳长波增加了10.7%;降雨作用后地表反照率减小,且呈不对称“U”形变化,地表净辐射增加,长期时间尺度上降雨对净辐射影响不明显;降雨对辐射特征的影响程度与降雨强度呈正相关且地表辐射对降雨变化的响应有滞后效应。在暖湿化背景下,冻土热工计算中应考虑降雨对多年冻土区地表能量平衡和水热边界的影响。     

珠穆朗玛峰北坡海拔6523m辐射平衡观测结果分析

利用2005年5月1日至7月22日在东绒布冰川海拔6523m的若普拉垭口架设的自动气象站获得的各辐射参数资料,分析了该地区总辐射、地面反射辐射、地面长波辐射、天空长波辐射的日平均变化和平均日变化,并计算了反射率和辐射平衡.结果表明:1)短波辐射的平均日变化都随着太阳高度角的增大而加强,并且总辐射和地面反射辐射的日平均变化有很好的相关性,观测期间二者的月平均值都在5月份最大.由于垭口新降雪较多,雪面的反射率也很高;2)天空长波辐射的平均日变化比地面长波辐射变化滞后2 h,且其日平均变化幅度比地面长波辐射的变化幅度大;3)净辐射的平均日变化随着太阳高度角的变化而变化,下午14:00时净辐射最大,其日平均变化在观测期间整体上有增大趋势.     

植物生长季海北高寒湿地辐射收支特征

依据祁连山海北高寒湿地植物生长期观测资料,分析了区域辐射收支情况及其变化特征.结果表明:祁连山海北高寒湿地有较强的太阳总辐射(DR),但地表反射辐射(UR)、地面有效辐射(ELR)较低;地表长波辐射(ULR)、大气逆辐射(DLR)、净辐射(R_n)均较高,且具有明显的日、季节变化.植物生长期5~9月的日变化振幅DR>Rn>UR>ULR>DLR>ELR,其总量表现出ULR>DLR>DR>R_n>UR>ELR,分别达4650.6、4225.5、3058.8、2156.2、477.6和425.1 MJ·m^-2.从月际分布来看,ULR、DLR、DR最高出现在7月,R_n出现在6月,UR出现在5月,ELR出现在8月,分别为980.3、913.1、721.5、554.9、112.1和127.4 MJ·m^-2.     

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.     

藏东南地区复杂下垫面辐射收支特征分析

利用藏东南地区进行的地气交换观测数据, 分析了典型晴天和阴天不同下垫面辐射过程的特征及其差异. 结果表明: 藏东南地区典型晴天不同下垫面总辐射均呈现出明显的日变化规律, 典型阴天各下垫面总辐射日峰值与典型晴空天气下的总辐射日峰值差值不大, 日均值显著减小; 反射辐射日变化趋势与总辐射变化一致, 但变化曲线比总辐射离散, 阴天地表反射辐射受总辐射和下垫面的综合影响; 向上长波辐射日变化幅度和量值都大于向下长波辐射, 下垫面类型对向下长波辐射没有影响. 净辐射具有明显的日变化特征, 和总辐射的相位一致, 农田净辐射的日峰值和日均值最大.     

草原生长期地表辐射和能量通量月平均日变化特征

利用2008年5—9月锡林浩特国家气候观象台辐射和通量观测资料,分析了锡林浩特典型草原生长期各辐射分能量和同期能量通量的月平均日变化以及地表能量闭合度.结果表明:草原生长期总辐射月平均日最大值出现在7月,平均日最大辐射强度达到753.14W·m-2,最小值出现在5月,为697.27W·m-2.受地表反照率和太阳总辐射的影响,生长期反射辐射最大值出现在5月份,平均日积分值为4.92MJ·m-2;9月份最小,平均日积分值为3.76MJ·m-2.生长期获得的辐射能量为1385.67MJ·m-2,平均净辐射(Rn)强度为104.52W·m-2;感热通量(H)共支出640.39MJ·m-2,日平均强度为53.40W·m-2;潜热通量(LH)共支出772.96M·m-2,日平均强度为55.10W·m-2.Rn和H+HL+G线性回归的结果显示,草原生长期日平均能量闭合率为90%,能量不闭合程度为10%.     

地表能量变化对多年冻土活动层融化过程的影响

利用青藏高原北部唐古拉综合观测场2006-2008年辐射平衡及活动层温度观测资料,分析了高原北部地表能量变化对活动层融化过程的影响.结果显示：该地地表能量具有明显的季节变化特征,总辐射、净辐射、土壤热通量及地面热源强度6-7月最大,11-12月最小;研究时段土壤热通量年平均值0.12MJ.m-2.d-1,活动层土壤以吸...     

青藏高原唐古拉山多年冻土区夏、秋季节总辐射和地表反照率特征分析

根据青藏高原唐古拉山多年冻土区2005年6月24日~10月16日的总辐射、分光辐射和分光反照率观测资料,利用总辐射和大气层顶太阳辐射的比值——日有效透射率T_eff,用聚类分析法将资料划分为晴天、多云和阴天三类天气,分析了该地区夏、秋季节总辐射、分光辐射比例和分光反照率的日变化和季节变化规律.结果表明,夏季总辐射与大气层顶的差值和日际变化幅度最大,秋季以后这种差值和日际变化幅度减小.天空状况对分光辐射比例和地表反照率均有影响,表现为近红外辐射比例晴天比阴天大,可见光比例晴天比阴天小,各波段反照率晴天均比阴天大.反照率在夏季最低,秋季较高,反照率的日变化有依存分光辐射比例的关系,这大致可以解释地表反照率依存太阳高度角而变化的现象.无积雪地面反照率近红外波段大于可见光波段,地表有积雪时,反照率明显不同,其可见光波段反照率大于近红外波段反照率.功率谱分析表明,日有效透射率T_eff存在着2~3 d的周期,它是该地区天气系统活动影响太阳辐射收入的一个反映,指示出唐古拉山地区天气系统亦有2~3 d的周期性.     

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.     

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。     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(Ⅲ):参数化方案

以物理过程分析为基础,根据野外实测资料设计了青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式中的大气辐射参数化方案,对直接太阳辐射、大气散射辐射、大气向下长波辐射参数进行处理,得到了较好的结果.在无云大气条件下,对直接太阳辐射透过率和大气散射辐射以太阳天顶角进行参数化;对大气向下长波辐射以大气等效辐射率及气温进行参数化;在云天条件下,基于晴阴比的云量参数化和基于气候资料的云天系数参数化都各有较好的效果.对土壤热通量的参数化方法和拖曳系数的取值问题进行了讨论,更完善的方法还有待于与实验测量工作相结合.     

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).     

黑河下游绿洲地表辐射平衡及小气候特征分析

利用额济纳绿洲2004年5~10月微气象站观测资料,分析了该地区地表能量平衡及小气候特征.结果表明:在绿洲内太阳总辐射、光合有效辐射、净辐射有明显的季节变化及日变化,日峰值及月总量在7月份达到最高.地表能量平衡季节变化显著,5、8、9、10月份,地面能量交换基本以感热通量为主,Bowen比值在日间>4;6、7月份,潜热蒸发是能量平衡的主要部分,Bowen比基本<1.5~10月土壤热通量值始终较小,约占净辐射的15%~20%.绿洲内近地层风速基本在0~5 m·s^-1之间,夜间风速变化很小,日间风速较大.随着土壤深度的增加,土壤温度变化趋势越来越缓慢,地表温度波动变化最大,而在40 cm深处土壤温度日变化很小.     

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.     

太阳辐射对青藏铁路路基表面热状况的影响

在不考虑大气影响的情况下,铁路路基和左右边坡接受到的太阳辐射日总量随铁路走向和季节的不同,而有很大的差异.利用实测资料,计算了青藏铁路梯形路基不同表面吸收的太阳辐射能的差异,分析研究了青藏铁路路基及左右边坡表面的热状况及其与地面吸收的太阳辐射能的关系,提出了一些有关高原铁路建设方面值得注意的问题.利用地面吸收的太阳辐射能反演了青藏铁路路基和边坡表面温度,并进行了验证,从而得出了一个计算路基和边坡表面温度的简单参数化方法.     

黄河源鄂陵湖地区辐射收支和地表能量平衡特征研究

利用2010年6-7月鄂陵湖野外试验的近地层观测数据,分析了在不同天气条件下黄河源鄂陵湖地区辐射分量、地表能量分量、土壤温度和反照率的变化特征. 结果表明：不同天气条件下,辐射和地表能量各分量日变化差异较大,晴天、阴天和雨天的地表反照率依次递减,平均反照率约为0.21;观测期内,平均辐射贡献从大到小依次为向上长波、向下长波、向下短波、向上短波,日积分值分别为31.4 MJ·m^-2、25.6 MJ·m^-2、22.4 MJ·m^-2、4.2 MJ·m^-2,净辐射(12.5 MJ·m^-2)占向下短波辐射的55.7%;平均地表能量和土壤温度的变化幅度较晴天小,感热、潜热、0 cm土壤热通量的平均日积分值分别占净辐射的21.2%、43.1%、8.2%;平均土壤温度变化幅度随深度增加逐渐减小,浅层土壤温度峰值较晴天低2 ℃,深层土壤温度相差不大. 云和降水的扰动削弱了向下短波辐射,导致平均感热通量和0 cm土壤热通量的峰值比晴天小,而平均潜热通量的峰值大于晴天. 由于湖泊水体巨大的热容量和水分供应,鄂陵湖地区的气温日较差较小,地表温度变化幅度变小,附近地表温度升高缓慢. 鄂陵湖区的地表能量平衡中,潜热通量占主导,感热和地表土壤热通量次之. 研究结果有助于理解气候变化背景下黄河源区湖泊的能量水分循环过程,为促进该地区光热资源的合理利用和畜牧业的可持续发展提供数据支持.