黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析

利用黄土高原半干旱区“定西陆面过程综合观测试验站”2004年11月至2005年10月的各种陆面物理量综合资料,比较系统地研究了黄土高原半干旱区土壤温度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和能量平衡分量的年变化和日变化特征及其影响机制。结果显示,黄土高原陆面过程特征与其他地区有很大不同。土壤温度变化向下传播速度约为2.5~3.5 h/10cm;地表反照率随土壤湿度的增大而减小,两者的相关系数达到了0.5338;而地表反照率随降雪量增大而增大,与降雪量的相关系数为0.6645;长波辐射年最大值出现的时间比总辐射迟1个月左右,年平均日变化中地表和大气对太阳辐射加热大约需要1个小时的响应时间; 潜热通量夏季是冬季的5倍多,感热通量有了两个比较明显的峰值,潜热通量、感热通量和土壤热通量的日峰值比净辐射滞后30 min~1 h。     

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。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

黄土高原不同气候区裸地水、热特征对比

为了更好地理解陆地表面水、热通量的空间差异,利用2009年和2010年1月黄土高原陆面过程观测试验（LOPEX）的陆面过程资料,对比分析了不同气候区主要地表水、热通量特征。结果表明：半干旱区的定西在近地层气象要素、土壤湿度、动量通量、地表能量及CO2通量等主要陆面特征物理量与半湿润区的平凉、庆阳差异明显;气候背景相接近的平凉、庆阳的主要陆面特征量比较接近。虽然地形、地势、海拔、下垫面影响因子也是影响陆面特征的重要因素,但是气候背景差异愈明显,陆面特征差异也愈大,即一个地区的气候背景是陆面过程特征的主要决定因子,对陆面特征产生综合影响,而地形、地貌只对一个或几个陆面物理量有影响。     

热带太平洋海域感热、潜热通量的时空特征*

本文利用“中美热带西太平洋海气相互作用研究”第1-8航次海面气象观测资料,计算分析了热带太平洋感热潜热通量的时空特征.分析结果表明在赤道海域,潜热通量远远大于感热通量.潜热和感热通量是从海面向大气输送的,且具有明显的年际变化和季节变化,日变化变幅甚小.     

内蒙古中西部地面感热通量影响沙尘暴的观测分析

利用内蒙古中西部不同地表类型的16个测站2005—2006年3—5月逐小时地面观测资料和逐日沙尘暴资料,计算了地面感热通量、地面位温并分析它们与沙尘暴的关系,结果发现:在内蒙古中西部春季地面感热通量表现为净加热,且沙尘暴发生次数多的年份净地面感热加热强度反而较小。在沙尘暴发生前,沙漠区和高平原区地面感热通量达到最大,而丘陵和平原地区反而开始降低。对于沙尘暴发生前12 h累积的地面感热加热强度及导致的地面位温上升幅度,高平原和丘陵平原区要强于沙漠区。但相对而言,沙漠和高平原地区地面感热加热影响沙尘暴的“效率”更高。     

卫星遥感结合气象资料计算的中国干旱区夏季地面感热特征

选用美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的1982-2006年历年夏季每半月合成的归一化差值植被指数(NDVI)数据资料和针对我国西北干旱区不同下垫面的Ch-INDV参数化关系式,计算了我国110°E以西/35°N以北区域内84个气象站历年夏季各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,并将其与ERA-40再分析感热资料进行了比较分析。随后,通过数理统计和经验正交函数(EOF)分析方法,研究其时空分布的基本特征和异常变化的演变规律及其东、西部地面感热年际变化的差异。主要结论为:(1)我国西北干旱区夏季地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在值的大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,但感热实际计算值的空间分布更加明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)对西北干旱区夏季地面感热EOF分析表明,第一模态反映了全场一致的空间变化,第二和第三模态在干旱区东部和西部区具有不同的南北反向或东西反向的空间变化。第一和第二主分量有较明显的年代际或更长时间尺度的周期变化,第三主分量的年际变化较明显。(3)西北干旱区东部和西部夏季地面感热输送具有相反的年际变化趋势,干旱区东部呈逐年增加的趋...     

黄土高原半干旱草地降水前后土壤的温、湿度及热力特征

本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站）陆面过程综合观测资料,分析了强降水前后榆中黄土高原半干旱草地土壤温、湿特征的差异,讨论了水分状况对土壤热力参数及地表能量分配的影响。结果表明:水分胁迫条件下,黄土高原半干旱草地土壤在10 cm深度存在一个湿层;强降水过程可使土壤湿度受影响范围接近40 cm深度。水分胁迫条件下,感热通量是黄土高原半干旱草地生态系统能量分配过程中净辐射的最大消耗项;无水分胁迫条件下,潜热通量是能量平衡系统中净辐射分量的最大消耗项。降水改变了土壤湿度并使得土壤热传导率发生变化,土壤热传导系数和土壤热容量随土壤湿度增加而增大。     

科尔沁梯级生态带大孔径闪烁仪与涡动相关仪观测显热通量间的尺度关系

利用2017年内蒙古科尔沁沙地梯级生态带上涡动相关仪和大孔径闪烁仪的观测数据，借助解析足迹模型计算的源区，探究荒漠化地区复杂下垫面上涡动相关仪和大孔径闪烁仪观测显热通量之间的差异和关系。结果表明：不论哪个风向上，农田是占研究区LAS源区比重最大的下垫面类型；不同风向、不同下垫面种类上LAS源区面积、各站点涡动源区面积均不同；不同下垫面EC观测的显热通量（H）与LAS观测值相关性不同，各EC与LAS观测值间的R²普遍偏低；H_LAS和H_EC聚合拟合程度较好，拟合系数为1.179 8，两者间具有较好的尺度相互转化关系。LAS观测数据偏大、能量闭合问题、非研究类型下垫面占比、数据的选择时段是影响二者相关性的原因。     

青藏高原西部的地面热源强度及地面热量平衡

以1997年11月至1998年10月青藏高原西部改则和狮泉河地区自动气象站(AWS)连续观测的近地层梯度资料,采用廓线-通量法计算出观测期逐日的总体输送系数,进而用总体公式得出两站逐日的地面感热和潜热通量。结果表明:在此观测期内青藏高原西部不论冬夏地面皆为热源,地面热源强度具有明显的季节变化,两站地面热源强度的年平均值分别为82.5W/m²和68.2W/m²。结合辐射和土壤热通量观测资料揭示了两站的地面热量平衡状况,用地面热量平衡方程对以上结果进行了闭合误差检验。     

基于卫星遥感数据改进区域尺度的显热通量模型

以西北半干旱地区的内蒙古农牧交错地带锡林郭勒盟为研究区，以不同退化程度的草地为研究对象，通过叶面积指数计算各像元的动力传输粗糙度长度，以改进显热通量算法；并结合植被／土壤组分温度分别计算基于亚像元的植被／土壤的显热通量。由敏感性分析和模型验证表明，改进的显热通量算法能够提高区域尺度的能量平衡计算精度。     

巴丹吉林沙漠高大沙山近地层温湿廓线与能量交换特征

利用兰州大学冰川与沙漠研究中心科学观测实验站2015—2016年获得的高大沙山微气象数据,分析了巴丹吉林沙漠温湿廓线结构、土壤分层温度、辐射通量等特征,利用组合法和一维热传导方程分别计算了湍流通量及土壤热通量。结果表明：（1）近地层大气自下而上呈现近似等温或逆温分布,冬季逆温层厚度大于夏季。（2）初次观测到逆湿现象,比湿夏季最大,冬季最小,秋季和春季次之,全年平均约为4.2 g·kg^-1,高于塔克拉玛干沙漠。（3）土壤热通量在2月底至5月初振幅较大;感热通量具有显著的平均日变化特征,潜热通量平均日变化平稳,以0 W·m^-2为中心上下波动。能量交换以感热通量为主,陆-气温度差异是沙山感热通量变化的主要影响和控制因子。     

绿洲农田作物的显热和潜热输送

本文根据波文比－能量平衡法，利用观测资料计算了荒漠－绿洲交界处绿洲农田作物（棉花、水稻）的显热和潜热，并进行了分析和比较。     

塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量变化特征

利用2009-2011年塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站测得的土壤热通量数据,分析了塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量在不同天气条件下的变化特征。结果表明：（1）塔克拉玛干沙漠腹地1 cm处土壤热通量年平均值为1.9 W·m^-2,5、20、40 cm处分别为1.0、0.4、0.4 W·m^-2;1 cm处土壤热通量年最大值为334.1 W·m²,年最小值为-184.2 W·m^-2;土壤热通量基本表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。（2）各土层土壤热通量具有明显的日变化特征。随着土壤深度的加大,土壤热通量的日变化幅度明显减小,最大值出现的时间有一定的滞后性。土壤热通量5 cm出现最大值的时间比1 cm处延迟3 h,延迟速率为0.75 h·cm^-1,20 cm比5 cm出现最大值的时间晚2 h,延迟速率约为0.13 h·cm^-1。（3）不同天气情况下的土壤热通量日变化特征有一定的差异,晴天较为规则,阴天、雨天、沙尘天则较不规则,且1 cm处土壤热通量受天气影响最显著。晴天1 cm处土壤热通量平均值为9.0 W·m^-2;阴天、雨天、沙尘天1 cm处土壤热通量值平均值分别为5.1、-6.1、-1.9 W·m^-2。     

LAS在西北半干旱地区的观测分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2007年夏冬两季LAS观测数据,结合观测站气温、气压及同期的涡动相关仪30 min时间间隔的观测数据,计算分析了西北半干旱地区显热通量的变化特征,并将LAS所测结果与涡动相关仪的测量结果进行了对比分析。结果表明,在西北半干旱地区,夏季的显热通量值整体大于冬季,冬季显热通量的日变化峰值较夏季有明显的滞后性;在类似的天气状况下,夏季测得显热通量的波动要大于冬季;天气状况对LAS的观测结果有着很大的影响,在同一季节晴天显热通量较大,阴天较小;LAS测得显热通量H的值较涡动相关所得H值略微偏大,但LAS与涡动相关仪测得的显热通量有很好的符合性,夏季相关系数为0.95,冬季相关系数为0.98。     

1987—1988年夏季长城站地区的热力和动力特征

本文利用1987～1988年夏季我国首次南极长城站边界层气象观测实验资料,运用近地层大气通量的平均廓线理论计算方法,分析了该地区夏季的热状况特征,并与南极内陆的瑞穗站及我国青藏高原等地区的热状况进行了初步比较。在夏季,长城站地面相对于大气而言,仍为热源,地面主要以潜热输送的方式加热大气。夏季长城站的热状况特征与我国青藏高原东部地区进入雨季后的情况相近。     

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。     

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。