非均匀地表通量的一种双参量统计-动力参数化方案

本文提出了一种非均匀地表通量的双参量统计-动力参数化方案,并根据该方案,以遥感资料反演的地表温度和土壤湿度为参量,对长江三角洲地区的日区域平均蒸发散通量进行了数值试验。     

长江三角洲地区水和热通量的时空变化特征及影响因子

文中利用改进的K B模式和牛顿扩散方法及 196 1年以来的长江三角洲 (2 8～ 33°N ,118～ 12 3°E)地区的 4 8个测站的常规气象资料 ,估计了该地区近 4 0a来的蒸散量和感热通量。结合该地区的气温、太阳辐射等气候资料和 196 0年以来该区域土地资源利用变化等有关信息对该地区的潜热通量和感热通量的时 空间变化特征及其可能成因进行了综合分析。结果认为该地区自 2 0世纪 70年代开始平均蒸散量有逐渐减小的趋势 ,与 1980年相比 ,1998年区域年平均蒸散量减小了 2 4mm。区域平均感热通量与蒸散量相比在此期间变化并不明显。通过对该地区的云量、太阳辐射及土地利用变化资料分析认为 ,造成该地区平均蒸散量减少趋势的的原因之一是用于蒸发的能量即太阳辐射的减少 ,而造成太阳辐射减少的可能原因为云量及大气透明度的变化所至 ;原因之二是该地区地表覆盖条件的改变。近 2 0a来 ,该地区的水田、旱地及水域面积占总面积的比率分别减少 1.35 3% ,4 .4 4 2 %和2 .5 97% ,而城镇建设、工矿及其它建设用地面积则增加 3.345 %。耕地及水面的减小和城镇及建设用地面积的增加从整体上使区域平均蒸发量减少。     

非均匀陆面条件下区域蒸散量计算的遥感模型

非均匀陆面条件下的区域蒸散计算是一个复杂的问题。文中首先在利用遥感资料求取地表特征参数 (如植被覆盖度、地表反照率等 )的基础上 ,建立了裸露地表条件下的裸土蒸发和全植被覆盖条件下植被蒸腾计算模型 ,然后结合植被覆盖度 (植被的垂直投影面积与单位面积之比 )给出非均匀陆面条件下的区域蒸散计算方法。实测资料验算表明该模型具有较高的计算精度。文章最后利用该模型对中国北方地区的蒸散量进行了计算 ,并对该研究区蒸散的特点进行了分析     

宁夏南部区域蒸发(散)量遥感估算方法

在利用LANDSAT-7 ETM 卫星遥感资料求取地表特征参数的基础上，将地表分成6类，结合常规气象观测资料，分类别计算，最后综合得出宁夏南部区域蒸发(散)量，并对结果进行分析验证。     

北半球E-P通量分析及其与副热带高压的关系

利用北半球1951－2000年冬季（1月）200hPa,500hPa的月平均资料，计算出E－P通量，并根据平均环流的E－P通量剖面图，研究了北半球冬季在大地形作用下，波动对基本气流的作用，以及波流相互作用下行星波的传播。北半球冬季平均E－P通量的辐合辐散与地形作用形成的大槽大脊相对应，其强度也与槽脊的强度相一致。另外，根据多年夏季（7月）的月平均高度场、风场及降水资料得到E－P通量和副热带高压的关系，进一步得到E－P通量与异常天气的关系。     

晴天地表太阳辐射的参数化

讨论了晴天地表太阳总辐射和地表太阳净辐射瞬时值的参数化方法。首先利用辐射传输模式和中纬度夏季标准大气廓线,分谱带计算晴天各种大气条件下地表反射率取定值时的地表太阳总辐射,并把所得的结果作为标准资料,提出参数化方案。然后将地表反射率的影响作为误差项进行订正,从而得到各种地表反射率条件下的晴天地表太阳净辐射的计算方法。该方法的拟合精度较高,拟合值与辐射模式标准值的平均相对误差在0.3%以下。该参数化公式可以用于大尺度数值模式中地表辐射平衡的计算,以期达到地表辐射平衡计算与模式积分同步进行的目的。     

降水气候强迫下非均匀地表区域平均径流的一种参数化方案

将任一中尺度区域的平均瞬间径流率考虑为区域平均降水量和地表土壤层水分渗透垦的余项.根据降水量在地理空间上分布的实测资料拟合其空间概率密度函数(PDF),并结合土壤入渗物理过程的数学描述及其经验公式,精确估计出地表土壤渗透率及其空间分布,由此建立区域地表径流率的统计-动力学估计方案.换言之,区域内地表产流率可视为区域平均降水量与区域平均的土壤下渗量之差值,而区域内土壤的平均下渗量又町分为非饱和区和饱和区两部分的下渗量来分别计算.就陆面水分循环的物理过程而言,地表入渗现象是在一定的下垫面特性基础上,由一定的水分供应源而形成的.根据大气降水向地表层输送水分的物理过程,在满足植被表层覆盖需水(截流水)和地表层土壤人渗水基础上,多余的降水量才会形成地表径流.凶此,推求地表产流率的主要关键在于地表土壤层需水量.为此奉文根据土壤水分通量方程推导出水分入渗公式.又从描述土壤水分和降水的空间PDF出发,推导出非均匀土壤含水量及降水气候强迫所形成的次网格尺度区域平均径流率计算公式.利用长江三角洲地区1996年降水量和土壤特性等实测资料建立区域平均地表径流率的估计公式,并对其影响凶素进行敏感性试验.结果表明,该方法与用Mosaic方法计算的区域径流率(或产流率)结果十分接近.由此可见,该文提出的降水气候强迫下非均匀地表区域平均径流的这种统计-动力参数化方案,具有相当的可靠性与可行性.     

东亚季风湿润区水分收支的气候特征

采用1958-2007年NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别从水汽通量、水汽通量散度以及区域内降水量与蒸发量差计算东亚季风湿润区的水分收支,分析其差异特征,结果表明:用不同方法计算的水分收支距平年际变化的相关系数分别为0.91,0.71和0.81,误差ε百分率分别为17.4%,44.1%和44%,其中利用水汽通量和散度计算得到的季风湿润区水分收支结果很接近。总体上看,整个区域全年表现为水分收入,春季和夏季的水分收入贡献最大,秋季和冬季贡献较小。在水汽经向输送中,南边界为主要的水汽输入区。从水汽输送计算的水分收支垂直分布来看,多年平均气候态下整个区域除850 hPa存在水分支出外,其余各层均为水分收入,3种方法计算的水分收支在4个季节的年际变化明显。     

近地层内湍流特征量的参数化研究

以地表能量收支平衡方程为基础，将地表通量同近地层内的常规气象资料联系起来，模式要求输入地面风速、温度和总云量等常规气象观测资料，输出近地层的湍流特征参数U* 、θ* 、L和参数化的地表通量（净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量），澳大利亚Wangara试验资料被用来检验了该模式。计算结果和实际资料吻合较好。     

城市发展对夜间海陆风环流影响的预测模拟

本文利用一个三维中尺度模式模拟了长江三角洲地区的海陆风环流状况，以及城市发展后动力热力效应对环流的影响，其中热力效应主要考虑了城乡反照率的差别，模式考虑了海陆温差、通量传输、太阳辐射、科里奥利效应等因子。模拟结果得到了长江三角洲地区的夜间垂直环流状况，辐散辐合带分布，预测了城市发展后的环流情形。为大气扩散评价以及城市建设规划提供了一定的依据。     

CHARACTERISTICS OF EVAPOTRANSPIRATION IN THE YANGTZE DELTA REGION FOR PAST 40 YEARS AND MAIN INFLUENCE FACTORS*

The Kotoda-Bortan (KB) model (Liu and Kotoda 1998) used for estimating evapotranspiration was modified.The monthly evapotranspiration for various surfaces in the Yangtze Delta (118-123°E,28-33°N) was calculated using the modified model,and the annual regional average of evapotranspiration from 1961 to 1998 was obtained using a weighting method.The spatial and temporal distribution characteristics of evapotranspiration were analyzed.It is found that the regional averaged annual evapotranspiration has a decreasing trend over the past 40 years;the value dropped by about 24mm from 1961 to 1998.The main reason for this tendency is due to the change of land surface condition.Compared with the case of 1980,the current proportions of paddy field,farmland and water surface have decreased by 1.353%,4.42% and 2.597% respectively,while the proportions of urban area and non-agriculture land have increased by 3.345%.These changes clearly result in a decrease of the regional averaged evapotranspiration.     

冬小麦农田日蒸散量的计算

本文从小气候观测资料着手，采用彭曼法、能量平衡法、波温比法和空气动力学等方法，对处于抽穗至乳熟期的冬小麦农田日蒸散量做了尝试性计算。着重考虑了彭曼公式的修正，并以水量平衡法为标准，对以上各方法的精度做了评价与误差分析。结果表明，订正后的彭曼公式可较为准确地计算各种能量、水分供应条件下有作物覆盖农田的日蒸散量，其它方法则存在较明显的不确定性误差。     

盘锦湿地芦苇群落蒸发散模拟研究

根据2005年盘锦芦苇湿地监测站的小气候梯度监测数据和涡动通量观测数据,结合芦苇生理生态特性观测资料,采用波文比-能量平衡法、Penman-Monteith模型对盘锦湿地芦苇群落蒸发散进行模拟,并与涡动相关系统的实测资料进行比较。结果表明:Penman-Monteith模型更适合芦苇群落蒸发散的模拟,可为芦苇湿地蒸发散的计算提供依据。     

全球海洋模式对不同强迫场的响应

使用中国科学院大气物理研究所研制的全球海洋环流模式(LASG/IAP Climate system Ocean Model,LICOM),通过设计三个试验,即以德国马克斯—普朗克气象研究所整理的海洋模式比较计划(OMIP)资料和美国国家海洋资料中心(NODC)发布的《世界海洋图集2009》(WOA09)资料为强迫场的试验W,用美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合推出的NCEP/NCAR再分析资料(简称NCEP资料)中的风应力资料代替试验W中的风应力资料的试验M,以及用NCEP资料中的热力强迫代替试验M中的热力强迫资料的试验N,来研究不同的热力和动力强迫场对模式的影响。三个试验的模拟结果均模拟出了水团和流场的分布型和极值区。从三个试验的结果对比可以看出,NCEP资料较弱的风应力使得试验M环流场明显偏弱,减弱了大洋内部的温盐输送,加大了深海温盐模拟结果与观测资料的偏差,但对原模式过强的南极中层水的输送有所改善。NCEP的短波辐射通量和非短波热通量弱于OMIP,且在两极区域NCEP资料的海表温度比WOA09资料最多低 4℃以上。试验N的模拟结果改善了南大洋60°S以南海区试验W 模拟的海表温度偏高问题,减小了北冰洋部分海域以及副热带大洋东部海表温度的偏差。此外,试验N高纬度较低的海表温度增强了北大西洋深水以及南极底层水的输送,因而改善了深海的温盐模拟结果。三个试验在一些关键海区得到的经向热输送在观测估计及前人模拟结果的范围中,总体上试验M的输送最弱。综合三个试验的模拟结果,可以认为OMIP风应力资料和NCEP海表温度资料更适合作为LICOM模式的强迫场。     

利用AVHRR数据反演陆地气溶胶光学厚度

开发AVHRR可见光通道反演陆地气溶胶光学厚度 (AOD) 的算法对于研究长时间序列AOD的变化有重要意义。AVHRR由于缺少2.1 μm通道而不能采用MODIS的暗背景算法,该文利用背景合成算法进行陆地AOD反演。背景合成算法是指假设一段时间内地表反射率变化不大且会出现相对清洁大气, 采用最小值合成即可得到地表反射率,再通过辐射传输模式6S制作的查算表查算得到AOD的反演结果。将此算法应用到2009年AVHRR中国部分陆地区域 (15°~45°N,75°~135°E) 得到AOD的时空分布,将反演结果与同期Aqua/MODIS的MOD04 AOD产品进行对比分析表明,华北和华东地区的反演效果较好,西北地区结果较差。以长江三角洲地区为例可知,AVHRR AOD产品与MODIS AOD产品以及AERONET观测的AOD相比相关系数基本在0.6以上,从时间变化规律来看,AVHRR AOD和MODIS AOD产品年变化趋势具有很好的一致性。该文为建立长时间序列AVHRR AOD数据集提供了一个较为可行的方法。     

基于MODIS数据的土地覆盖资料对长三角城市群区域夏季高温模拟的影响评估

随着长三角地区经济发展的同时,人类活动对自然环境产生了很大影响,其中土地覆盖状况变化显著,尤以城市化扩展为主。为了评估土地覆盖资料对天气过程的数值模拟影响,了解土地覆盖变化对区域气象环境产生的作用,本文利用中尺度数值天气模式WRFV3.0/Noah/UCM,选取2005年250 m分辨率的MOD IS数据制作土地覆盖资料,针对2007年7月长三角地区一次夏季高温过程进行数值试验,分析表明:新的土地覆盖资料更真实地反映了长三角地区的下垫面结构,尤其体现出区域内城市群面积快速增长的特征。将模拟结果与高分辨率的气象站观测资料对比,统计结果显示精细化土地覆盖资料的引入明显改善了模拟效果,较真实的反映出城市化发展对区域气象环境的影响作用。     

基于卫星遥感的长江三角洲地表热环境人口暴露空间特征

研究城市地表热环境变化的时空演变规律对防灾减灾具有重要意义。本研究以卫星遥感的夜间灯光,植被指数,高程和坡度为自变量构建了适用于人口空间分布估算的随机森林模型,结合卫星遥感反演的地表温度数据,以2016年夏季为例,研究了1km分辨率的长江三角洲地区夏季地表热环境人口暴露分布特征。研究表明:(1)利用随机模型对长江三角洲2016年人口进行1000m格网空间化分布模拟,变量解释度达到80%,人口空间化结果接近实际。(2)人口密度高值区和夏季大部分月份内的地表热环境高温区和人口暴露高和极高风险区总体有较好的对应。6月皖北地区高温区面积增大导致地表热环境的人口暴露风险较高等级的面积比例高于其他月份。(3)在月和季节平均尺度上,地表高温热环境暴露极高和高风险区域面积极少,处于沿海地区、长江下游沿线以及各县区的中心城市;中等暴露风险区域主要分布在东部及中心城市周边地区;低暴露风险区分布在东北部内陆地区和东北部人口数量相对较少地区。     

农田蒸散量计算方法的比较研究

根据观测资料,采用波文比法、廓线梯度法和综合阻地等分别计算了农田植被层上的蒸散量,并对比分析了不同方法之间的相对误差和相关程度。结果表明,用波文比法计算的潜热通量存在系统性偏小的现象,而工法和综合阻抗法的计算结果比较一致。文中还讨论了不同方法的优缺点和产生误差的可能原因。     

Using the Penman-Monteith approach to extrapolate soybean evapotranspiration

Summary Soybean evapotranspiration (ET) measured by the Bowen ratio energy balance method is used as the basis for the comparison of a commonly used semi-empirical (combination equation) and a pure statistical approach. Surface conductance within the combination equation was fitted to measured conductance by the Bowen ratio energy balance method. A multiple linear regression to vapor pressure deficit, solar radiation and wind speed was found. The same parameters were used to predict soybean evapotranspiration through a direct multiple linear regression. Despite a statistically rather poor forecast of surface conductance during 1987 (64% of variance explained) both evapotranspiration estimates agreed well with measured evapotranspiration (r ² = 0.94). However, for a second year (1991) both, the combination equation and the pure statistical approach based on 1987 statistical relationships yielded only 70% of actual evapotranspiration. ActualET was 70% and 80% of potentialET in 1987 and 1991, respectively. These similar relationships to potentialET and the statistically weak prediction of surface conductance indicate poor physiological control of soybeanET or inadequate parametrization.NoteOn leave from the Department of Agricultural Engineering, Agricultural Faculty of Ankara University, Turkey.With 5 Figures