南极中山站附近冰盖近地面层湍流参数的观测研究

利用2007/2008年中国第24次南极考察队在南极中山站附近冰盖上观测试验获得的湍流脉动及相关资料,对原始资料通过坐标旋转订正后,应用涡动相关法计算分析了冰盖近地面层的湍流强度(I)、稳定度参数(z/L)、摩擦速度(u*)、拖曳系数(Cd)、地表粗糙度(z0)及动量通量(τ)和感热通量(H),并与空气动力学方法的计算结果进行对比。结果表明,Louis方案能够较好地模拟近地面层湍流通量;在平均状态下,全天雪面以感热形式从大气获得净的能量;近中性层结下地表粗糙度z0为4.54×10-4m,拖曳系数Cd=1.7×10-3,在非中性条件下,稳定度越小Cd越大,反之,则稳定度越大Cd越小。     

内蒙古奈曼流动沙丘下垫面近地面能量收支研究

利用2000年7月18日~8月12日在内蒙古奈曼流动沙丘下垫面取得的大气边界层观测资料,分析了地表能量收支各项的日变化、总体输送系数日变化及其与稳定度的关系;比较了涡旋相关法、波文比-能量平衡法所得到的感热通量。得到奈曼流动沙丘下垫面平均地面阻曳系数Cd为4.69×10-3;感热通量总体输送系数Ch为2.25×10-3。在近中性层结条件下,Cd和Ch分别为4.83×10-3和1.34×10-3。近地面层湍流方差在不稳定层结下均满足Monin-Obukhov相似理论。     

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。     

柴达木盆地东缘地区风资源变化特征(英文)

基于风资源梯度自动观测系统,对柴达木盆地东缘地区风资源时间变化及空间分布特征进行了分析,结果表明:(1)研究区域具有较为丰富的风资源,3-25 m s-1之间风速累计时数平均超过6600h,也即275d,超过全年总时数的75%。从各梯度来看,随高度增加累积时数总体增加,小风时越往低层风速累计时数越大,大风时越往高层风速累计数越大;各分析站点中戈壁(GB)<3 m s-1风速时数相对最高,诺木洪(NMH)相对最低,≥3 m s-1风速时数正好相反;有效风速累计小时数小灶火(XZH)各梯度间差异不大,戈壁(GB)总体相对最小。(2)各梯度优势风速谱域基本处在3-9 m s-1范围,峰值风速出现在4-6 m s-1之间;除10 m梯度外,其余各梯度风速频率分布差异不大。相比较其它各层,10 m高度层小风出现频次较高,其余层6-12 m s-1的风速出现频次较高。(3)从不同方位风速及风功率密度情况来看,除戈壁(GB)外,总体优势风为西北风;除诺木洪外,总体风速差异不大。(4)随高度增加风速和风功率密度逐渐增大;但各站点之间差异较大。从逐月情况来看,小灶火(XZH)5-8月份平均风功率密度较大、诺木洪(NMH)和戈壁(GB)分别在4月和8月呈现出两个峰值、快尔玛(KEM)则在冬春季节风资源较丰富,而在夏季较贫乏;从逐小时情况来看,小灶火(XZH)和诺木洪(NMH)呈现出伴随地面温度升高风功率密度逐渐降低的趋势,戈壁(GB)和快尔玛(KEM)则正好相反。(5)各层风平均湍流强度为0.199,平均切变指数为0.075,自10-70m梯度湍流强度和切变指数总体自低层到高层逐渐降低。时间变化情况为,湍流强度与当地气温变化趋势基本一致,即高温对应高湍流,低温对应低湍流;切变指数变化趋势基本与湍流强度相反;各梯度间湍流强度自低层向高层递降,切变指数在10-30m层间最明显。各站点各层次湍流强度基本在0.1-0.25之间,属中等强度;切变指数各站点各层之间差异较大,总体小灶火(XZH)最小,诺木洪(NMH)最大,而且小灶火(XZH)底层为正切变,高层为负切变。期望通过本研究为该地区风电场布设及近地面层风能资源利用提供技术依据。     

西北干旱区荒漠生态系统通量贡献区模型研究

涡度相关仪通量值所代表的通量贡献区范围,对于通量观测塔的选址、仪器安装高度的确定以及通量观测数据的质量控制等具有重要的指导意义。利用通量贡献区模型对位于古尔班通古特沙漠试验场通量观测资料的空间代表性进行初步分析。结果表明：该荒漠区在大气稳定条件下90%的通量贡献区最远可以达到686.40 m,通量贡献函数最大点的位置在162.50 m;大气稳定时各风向的通量贡献区范围在生长末期均达到最大,生长初期和中期的源区变化因受到各风向风速和植被下垫面的影响而有差异;大气不稳定时不同生长时期各风向通量贡献区没有固定变化规律;通量源区大约有58.71%的信息来自于荒漠区通量观测塔西南至西北方,整个生长季生长末期通量贡献最多,所占比例为40.16%。由FSAM模型测得的通量贡献区范围可以较准确地反映荒漠生态系统下垫面的通量信息。     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

哈萨克斯坦1982–2015年植被时空变化（英文）

归一化植被指数(NDVI)作为表征植被生长状况的关键性指标,能够有效的提供植被生长状况的信息。本研究基于1982–2015年哈萨克斯坦时间序列的GIMMS/NDVI数据,分析植被)生长的空间格局及变化趋势,研究结果表明:哈萨克斯坦自北向南分布着农田、草地、灌丛这三类主要的植被类型,呈明晰的地带性分布特征;植被指数由北到南逐渐降低,农田、草地和灌丛三类主要植被类型的NDVI均值水平依次为农田草地灌丛;1982–2015年间,NDVI呈现出先增长(1982–1992年)、再降低(1993–2007年)、然后又增长(2008–2015年)的变化趋势。NDVI显著下降的区域占土地总面积的24.0%,主要分布在西北部的农田与草地交错地带以及南部边缘的农田,草地退化面积占草地总面积的23.5%、农田退化面积占农田总面积的48.4%、灌丛退化面积占灌丛总面积的13.7%,植被改善的区域分布在中东部的农田以及农田与草地的交错带,显著提升的面积占土地总面积的11.8%。     

基于机载雷达数据的青海云杉(Picea crassifolia)林降雨截留空间模拟

以祁连山天老池流域青海云杉(Picea crassifolia)林为对象,以2013年降雨截留观测数据和机载雷达数据,结合GIS技术对青海云杉林进行流域尺度上的截留模拟。先以样方尺度上观测的数据建立截留量统计模型,然后利用机载雷达数据计算冠层激光穿透指数(LPI),根据LPI与叶面积指数(LAI)的关系实现对青海云杉LAI的反演,最后利用青海云杉林区降雨量和LAI空间分布数据,在GIS的空间分析中,模拟研究区青海云杉林截留的空间分布。结果表明:2013年生长季研究区青海云杉林林冠截留量0~331.0mm,平均161.9mm,林冠截留率在0~67.97%,平均33.89%;整个生长季,流域青海云杉林冠截留量约5.26×105 m3,占整个流域生长季总降雨量的7.38%。     

巴丹吉林沙漠夏季大气边界层结构

利用国家自然科学基金项目“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验和研究”于2009年7—9月在巴丹吉林沙漠取得的系留气球、GPS探空等加强观测资料,分析了沙漠夏季大气边界层位温、比湿及风等的日变化特征。研究表明：（1）巴丹吉林沙漠近地面气温日较差较大,比湿的变化与气温相反,白天风速变化大。（2）昼（夜）不平衡能量差额R_d>0（R_d<0）,莫宁-奥布霍夫长度L<0（L>0）,大气层结趋于不稳定（稳定）;白天大部分净辐射能量转换为感热通量,为深厚大气边界层的发展提供热力条件。（3）午前稳定边界层经历了从重建到消退的过程,其上残留层较厚;午后混合层打通残留层发展迅速,近地面层出现明显的超绝热递减层;夜间稳定边界层迅速发展,最大厚度达900 m;（4）从整个边界层来看,午前出现的5层结构在午后变为3层,稳定边界层消失,混合层迅速发展,厚度达到3 000 m。夹卷层厚度最大值为1 500 m,近地面的超绝热层最大达200 m。     

三江平原典型沼泽湿地生态系统水分通量研究

利用野外定位观测数据 ,对三江平原典型沼泽湿地主要界面水分通量进行计算和分析。结果表明 ,2 0 0 3年生长季沼泽湿地系统与大气水分交换量 (蒸散发 )总量为 4 2 4 .7mm ,沼泽湿地水面 -大气水分通量 (水面蒸发 )总量为 2 6 0mm ,沼泽湿地植被 -大气界面水分通量 (蒸腾量 )总量约为 16 4 .7mm ;对沼泽湿地生长季水平衡的计算表明 ,生长季水分亏缺量达 14 0 .5mm ;非生长季大气降水是沼泽湿地生长季生态用水的重要来源。     

卫星遥感结合地面观测资料对中国西北干旱区地面感热通量的估算

 利用黑河地区地-气相互作用野外观测试验研究(HEIFE)的地面观测资料,采用空气动力学方法,计算了干旱区内不同下垫面的地表热力输送系数CH值,结合由NOAA系列卫星遥感得到的反映地表植被特征的归一化差值植被指数(NDVI)资料,经拟合得到了针对不同下垫面的区域CH-NDVI参数化关系式,并对此关系式进行了合理性检验,最后,计算得到中国西北干旱区1982—2001年地面感热序列。中国西北干旱区地面感热通量的计算值与ERA-40再分析资料对比分析发现,两者在量级、地面感热分布形势和年际变化趋势等方面均较一致。目前对于区域尺度来说,在缺乏用其他方法获得较准确的区域地表热力输送系数的情况下,利用卫星遥感资料估算区域地表热力输送系数CH是较为可靠的方法。     

基于生态地理分区的青藏高原植被覆被变化及其对气候变化的响应

基于1982~2006年GIMMS NDVI数据集和地面气象台站观测数据,分析了青藏高原整个区域及各生态地理分区年均NDVI的变化趋势,并通过偏相关分析研究不同生态地理分区植被覆被变化对气温和降水响应的空间分异特征。研究表明:(1)近25年来,高原植被覆盖变化整体上趋于改善;高原东北部、东中部以及西南部湿润半湿润及部分半干旱地区植被趋于改善,植被覆盖较差的北部、西部半干旱和干旱地区呈现退化趋势;(2)高原植被变化与气温变化的相关性明显高于与降水变化的相关性,说明高原植被年际变化对温度变化更为敏感;(3)高原植被年际变化与气温和降水的相关性具有明显的区域差异,植被覆盖中等区域全年月NDVI与气温和降水的相关性最强,相关性由草甸向草原、针叶林逐步减弱,荒漠区相关性最弱。生长季植被覆盖变化与气温的相关性和全年相关性较一致,降水则不同,生长季期间高原大部分地区植被变化与降水相关性不显著。     

城市不同下垫面的能量平衡及温度差异模拟

城市能量平衡是研究城市热岛效应的物理基础。利用北京市教学植物园2010年的实测数据,设置不同类型下垫面(植被覆盖类型:林地、草地和不透水层覆盖类型:道路、房屋),利用局地尺度城市气象参数化方案模拟并分析了相同气象条件和净辐射通量输入下,不同类型下垫面的显热、潜热通量及蒸散降温效应的差异。结果显示:(1)不同类型下垫面的各能量支出项有明显差异,植被覆盖区域和不透水层覆盖区域的波文比年均值分别为0.28和4.60,且在植被生长季差异较大;(2)城市扩展过程中道路、房屋替换林地、草地的过程,也是显热增加而潜热减少的过程。植被层向不透水层转换的过程中,显热通量年均增加32.74W/m²,潜热通量减少38.87W/m²,储热通量增加7.95W/m²;(3)理论上,植被蒸散的年降温效应使单位面积植被覆盖区域的气温比不透水层区域可低2.63℃。     

农田休闲期不同保护性耕作措施的防风效应研究

保护性耕作是旱作农田土壤风蚀防治的必要措施\.通过野外试验,对深松、浅耕、翻耕覆盖、免耕油菜低茬和高茬、免耕小麦低茬和高茬等7种保护性耕作措施和传统翻耕、草地两种对照下0～4 m的风流场进行了观测,对各种下垫面上空气动力学粗糙度、摩阻速度、风速绝对脉动强度和相对脉动强度进行对比分析。结果显示,不同保护性耕作措施降低风的侵蚀力,防治土壤风蚀的机制不同。留茬主要通过增加地表空气动力学粗糙度和摩阻速度,利用作物残茬和秸秆等粗糙元分解风对地表的剪切应力,降低风蚀强度。而深松、浅耕、翻耕覆盖等措施在增加地表粗糙度和摩阻速度上效果不如留茬,但近地表0\^05 m处风速脉动较弱,相同风速下对地表的剪切应力较小,土壤风蚀速率降低。此外,作物残茬、秸秆和牧草等粗糙元的高度、密度及直立性均对下垫面的空气动力学粗糙度、摩阻速度及风速脉动有一定影响。     

近9a来乌鲁木齐河流域中上游土地利用/覆盖及其质量变化分析北大核心CSCD

以Landsat系列卫星遥感影像数据为基础,解译了2006、2010和2014年三期乌鲁木齐河流域中上游土地利用/覆盖信息,并以生长季内各月归一化植被指数(NDVI)的平均值表征土地利用/覆盖类型的质量状况,从土地利用/覆盖的空间分布和质量变化两方面对该地区进行了综合分析。结果表明:(1)近9 a间,乌鲁木齐河流域中上游林地面积基本保持不变,草地新增12.78 km^2,建设用地扩展了5.01 km^2,新开垦耕地3.84 km^2。(2)研究区土地利用/覆盖质量总体呈现微弱退化趋势,其中耕地退化最为严重,变化趋势为-1.5%·a^(-1),林地和自然草地的质量基本保持不变,而城市和道路绿化草地却呈现显著改善。(3)研究区土地利用/覆盖变化主要受人类活动干扰影响,植被的改善与退化共存,其中显著改善的区域占全区的5.92%,而显著退化的区域占全区的9.45%,显著退化的面积大于显著改善的面积。     

塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流能谱特征分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流观测资料,计算并分析了不同稳定层结条件的湍流速度谱、温度谱及局地各向同性特征。结果表明,湍流速度谱和温度谱在惯性副区均满足Kolmogorov的-2/3指数规律,且稳定条件的相关系数更高;速度谱满足湍流各向同性的低频限制理论。近中性条件的温度谱和弱不稳定条件的速度谱在高频段有尾部上翘现象;稳定情况下的v谱和近中性条件的u谱、T谱在低频处也有上翘现象。沙漠腹地水平湍流尺度范围介于森林和草地之间,不稳定层结比稳定层结的谱峰更偏向低频端,且峰值尺度更大。     

近9a来乌鲁木齐河流域中上游土地利用/覆盖及其质量变化分析

以Landsat系列卫星遥感影像数据为基础,解译了2006、2010和2014年三期乌鲁木齐河流域中上游土地利用/覆盖信息,并以生长季内各月归一化植被指数(NDVI)的平均值表征土地利用/覆盖类型的质量状况,从土地利用/覆盖的空间分布和质量变化两方面对该地区进行了综合分析。结果表明:(1)近9 a间,乌鲁木齐河流域中上游林地面积基本保持不变,草地新增12.78 km~2,建设用地扩展了5.01 km~2,新开垦耕地3.84 km~2。(2)研究区土地利用/覆盖质量总体呈现微弱退化趋势,其中耕地退化最为严重,变化趋势为-1.5%·a~(-1),林地和自然草地的质量基本保持不变,而城市和道路绿化草地却呈现显著改善。(3)研究区土地利用/覆盖变化主要受人类活动干扰影响,植被的改善与退化共存,其中显著改善的区域占全区的5.92%,而显著退化的区域占全区的9.45%,显著退化的面积大于显著改善的面积。     

北京市采暖期可吸入颗粒物时空分布特征及源追踪

可吸入颗粒物是北京市大气主要污染物之一,春秋两季的沙尘天气除部分是由于受到区域气流的影响外,多数情况下是原地污染造成,尤其是冬季采暖期。本文通过遥感技术和地面监测结合的方法,研究采暖期北京市近地面不同粒径可吸入颗粒物时空分布规律及其与影响因素间的相互关系。应用高分辨率遥感影像分析下垫面的变化,应用地面观测仪器收集不同粒径颗粒物的含量,并分析颗粒物的化学组成;应用地理信息系统的空间分析技术,研究颗粒物的分布与下垫面的关系。研究表明,可吸入颗粒物污染分布和下垫面介质、人为污染源、人口密度、气象因素有非常密切的关系。     

江西九江近地层温度梯度及风廓线规律的适用性

利用2013年5月—2014年4月期间一整年各层温度及风观测资料进行统计分析,研究该地区近地面层气温梯度及风廊线规律的适用性,并通过散点图的形式寻找风速比随稳定度参数的变化特征。结果表明:(1)该地区观测期间100 m高度的多年平均气温为17. 6℃,70 m高度为17. 7℃,30 m高度为17. 9℃,10 m高度为18. 1℃;最冷月为2月,平均气温5. 3～5. 8℃,最热月为8月,平均气温30. 4～31. 1℃。(2)该地区四季气温有较大差异,秋季温差最大,冬季最小,四季中春、秋、冬季出现逆温次数较多,夏季较少;逆温强度冬季最强,夏季最弱。(3)非中性层结条件下风速比值随稳定度的增强而离散增大。综上表明,观测期间系统的性能基本上是稳定的,可为该地区今后开展的大气环境研究提供气象背景资料和理论数据参考。     

青藏高原草地地上生物量和理论载畜量

准确模拟和预测草地地上生物量(Aboveground biomass,AGB)和理论载畜量对于维持草地生态系统平衡、优化放牧管理至关重要。当前很多研究以围栏外草地AGB为基础,估算了青藏高原草地AGB的现存量。但是,牛羊啃食后的草地AGB现存量无法准确评估草地理论载畜量。围栏内草地不受家畜采食影响,其年际变率由环境因子驱动,可视为草地潜在AGB (potential AGB,AGB_p),更适用于草地理论载畜量的评估。本研究以青藏高原345个围栏内AGB观测数据为基础,结合气候、土壤和地形数据,利用随机森林算法构建草地潜在地上生物量估算模型,并对当前气候条件(2000-2018年)和未来20年(2021-2040年)4种气候变化情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5)下的草地AGB_p和高寒草地理论载畜量进行模拟与预测。结果表明:(1)随机森林算法可准确模拟当前气候条件下的青藏高寒草地AGB_p(R²=0.76,P<0.001);2000-2018年青藏高寒草地AGB_p平均值为102.4 g m^-2,时间上增加趋势不明显(P>0.05);AGB_p年际波动和生长季降水显著正相关(R²=0.57,P<0.001),和生长季温度日较差显著负相关(R²=0.51,P<0.001)。(2)当前气候条件下,青藏高寒草地平均理论载畜量为0.94 SSU ha^-1(standardized sheep unit ha^-1);在过去20年约有54.1%草地理论载畜量呈提升状态。(3)和当前相比,未来20年青藏高原中部和北部草地AGB_p和理论载畜量呈下降态势。因此,建议未来在厘清气候变化影响下草畜关系的基础上进行有针对性的草牧业规划和管理,以缓解区域气候变化引起的草畜矛盾。