夏秋季绿洲荒漠过渡带芨芨草地蒸散及能量平衡特征研究

以实测气象资料为基础,运用波文比能量平衡法计算绿洲-荒漠过渡带芨芨草的蒸散量,并分析了其蒸散日变化规律及地表能量平衡特征。结果表明:①不同天气条件下的蒸散日变化曲线特征差异显著。晴天因辐射强、蒸散量大,蒸散曲线显示为“高耸”型;由于受云量和降水的影响,阴天曲线呈“平缓”型;雨天曲线则表现为“偏态”型,而平均蒸散曲线变化与晴天较为相似。②随着气候由夏季向秋季转变,早晨蒸散发生和夜间蒸散结束的时间点分别表现出1.73 min·d-1的滞后性和2.02 min·d-1的前移性;同时,蒸散峰值以0.0036 mm·d-1的速度递减。与一些相对叶宽的植被覆盖地相比,芨芨草地蒸散量日际波动幅度较小。③净辐射通量(Rn)、 潜热通量(LE)、感热通量 (H)及 土壤热通量(G)的平均值都表现出较为一致的日循环变化趋势。G/Rn、H/Rn、LE/Rn曲线白天平滑,夜间波动,日出和日落前后波动最为剧烈。潜热占净辐射的58.8%,远大于沙漠、戈壁,而低于绿洲。④晴天波文比（β）日内变化曲线呈明显的下降趋势,平均变化率接近-2%,但日间变化曲线略呈上升趋势,变化率为4.8‰。前者反映了晴天的潜热活动在日内随时间变化而愈来愈强,后者则表明感热活动在夏秋季中随日期的推移而逐渐增强。     

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。     

奈曼沙地春小麦蒸散量及其分析

运用波文比-能量平衡法和大型蒸渗仪对沙地春小麦的蒸散量进行了连续的测定和估算,并对由于降雨和灌溉所引起的土壤有效水分变化与沙地春小麦蒸散量之间的相关关系进行了初步探讨。结果表明:①春小麦蒸散量在降水或灌溉后1~2 d最大,然后逐渐下降,说明春小麦的蒸散速度受土壤有效水分含量的影响;②春小麦出苗前和生长初期,蒸散以地表蒸发为主,蒸散量较小,感热通量和土壤热通量较大;随着时间推移,L AI(叶面积系数)逐渐增大,由于作物遮蔽,感热通量和土壤热通量减小,潜热通量对净辐射贡献增大;③测定期间,波文比在早晨日出前(5:00)达到最大,至下午15:00左右下降为最小,然后开始增大至次日凌晨;④应用波文比-能量平衡法估测的沙地春小麦蒸散量与大型蒸渗仪的测定值一致性较好,相关系数R²为0.9055。     

华北平原典型农田水、热与CO2通量的测定

在中国科学院栾城农业生态试验站用波文比-能量平衡法与涡度相关技术对净辐射通量（Rn)，潜热通量（λE），感热通量（H），土壤热通量（G）与冠层CO2通量（Fco2)进行了长期定位研究，结果显示Rn大部分用于作物潜热的消耗，连续2年4个生长季λE/Rn都在70%以上，在作物生育盛期，夏玉米λE/Rn略高于冬小麦，H/Rn都在15%左右，G/Rn在5%-13%之间，且冬小麦G/Rn明显高于夏玉米。蒸发比值（EF）在不同的理想环境条件下，随着可供能量（Rn-G)的增加表现出先迅速下降，后缓慢下降，最后趋于稳定的趋势，并在冬小麦环境条件下得到了验证，直角双曲线模型可以模拟Fco2随光通量密度（PPFD）的响应过程。晴天冠层水分利用效率（WUE）不是在正午出现最高值，当PPFD达到1500μmolm^-2s^-1左右时，WUE却略有下降。     

额济纳绿洲地表土壤热通量特征及模拟估算

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,研究其变化特征对理解能量平衡过程具有十分重要的意义。利用中国科学院阿拉善荒漠生态水文试验研究站实际观测数据,分析了额济纳绿洲在不同天气条件（晴天和阴天）和时间尺度下地表土壤热通量变化特征,并采用强迫恢复法对地表土壤热通量进行了估算。结果表明：（1）晴天地表土壤热通量的日总量、平均值、最大值和振幅等都明显大于阴天。（2）在观测期内,地表土壤热通量总体呈先升高后降低的趋势,最大值出现在7月中旬,最小值出现在10月初,二者之间的日均值相差超过了900 W·m^-2。（3）不论晴天还是阴天,净辐射较地表土壤热通量在早晨和晚间都是先达到零值,且净辐射在正午前后先达到峰值。（4）对地表土壤热通量取绝对值可以看出,无论昼夜,均是晴天大于阴天。（5）一天内地表土壤热通量占净辐射的比例随着时间递减。（6）基于强迫恢复法估算的额济纳绿洲地表土壤热通量与实测值具有较好的一致性,可用于地表土壤热通量模拟。     

极端干旱区柽柳林地蒸散量及能量平衡分析

运用波文比-能量平衡法对极端干旱区柽柳林地的蒸散量及能量通量进行了连续的测定和估算,并对柽柳林地蒸散特点和能量平衡进行了分析和探讨。结果表明:柽柳林地的日平均蒸散量为1.6 mm/d,整个生长季的蒸散量为248.2 mm,蒸散量的季节变化系数为47%±3%。柽柳林地蒸散量的季节变化与土壤水分条件密切相关。柽柳林地蒸散量受气象因子和下垫面条件的影响和制约。在极端干旱区,感热通量消耗了绝大多数的能量,潜热通量在整个生长季只占很小的一部分,夜间,土壤储存的能量是大气能量的主要来源,而白天土壤是能量的主要汇源。     

极端干旱条件下柽柳种群蒸散量的日变化研究

利用波文比能量平衡法对额济纳绿洲柽柳种群蒸散进行测定。结果表明,在晴朗无云的条件下,蒸散速率日变化呈单峰型。蒸散从早晨630以后出现,上午蒸散率上升过程缓慢,到中午达到峰值,随后蒸散速率迅速下降,到1600蒸散速率降到最小,夜间无蒸散,常出现负值,呈大气凝结过程。净辐射对蒸散起决定作用,蒸散速率的变化趋势与净辐射变化基本一致,其日变化具有相同的峰型。柽柳种群蒸散量随风速的增加而增加。土壤温度对柽柳种群蒸散速率的影响不大,但土壤温度的增加值的变化与蒸散速率的变化基本一致。土壤含水量的变化对蒸散速率产生影响,土壤含水量降低,蒸散速率减弱,土壤含水量增加,蒸散速率加快。相关分析表明,环境因子对蒸散速率影响的贡献依次为土壤温度的升高值 > 净辐射 > 风速 > 土壤含水量 > 空气温湿度。     

冬小麦能量平衡及蒸散分配的季节变化分析

本文分析了华北平原冬小麦生态系统辐射收支、热量平衡以及蒸散在冠层蒸腾和土壤蒸发之间的分配特征。结果发现，在冬小麦生长过程中，系统截获的太阳短波辐射随小麦的生长而变，它占太阳总辐射的比例，初期为０．８左右，尔后随叶面积的增加而逐渐下降，在孕穗期最小，约为０．７５，之后，随叶片枯黄、麦穗的成长又上升，最后可达０．８６。净辐射占太阳总辐射的比例，可分成如下３个阶段：拔节期比值较低，约为０．４５；孕穗抽穗期约为０．５；灌浆期比值最大，约０．５７。随着叶面积指数（ＬＡＩ）的增加，土壤热通量与净辐射之比，由返青初期的０．１３迅速下降，直至较为稳定的０．０６。潜热通量消耗净辐射的大部分，且随ＬＡＩ的增加而增大。从返青到乳熟的５８天内（４月１日～５月２８日），麦田总蒸散量约为２５０ｍｍ，其中土壤蒸发量约为５０ｍｍ，冠层蒸腾约为２００ｍｍ，分别占总蒸散量的２０％和８０％。     

藏东南高山林线冷杉原始林土壤热通量

利用藏东南色齐拉(也称色季拉)山高寒区林线地带连续的气象观测资料,分析了高山林线冷杉原始林土壤热通量的日、季节以及逐日变化特征及其与净辐射的关系,初步研究高寒区原始林土壤-大气热量交换特征.结果表明:随着土壤深度的增加,土壤热通量日变化振幅减小,至60 cm处没有明显的日变化.除春季表层土壤5cm处热通量没有明显的日变化特征外,其余季节日变化呈明显"S"型曲线.不同深度的土壤热通量存在明显的季节及年内逐日变化特征,但变化的幅度表层土壤明显高于深层.不同年间土壤热通量逐日变化趋势非常一致.不同深度土壤年总热通量均为正值,表明高山林线地带土壤总体上为热汇.土壤热通量的变化与净辐射直接相关,但二者的同步性较差,土壤热通量对净辐射的反馈延时约6 h,明显高于农田、草地及温带、亚热带森林,因此在利用净辐射估算土壤热通量时,要充分考虑植被类型及环境的影响.     

塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射与能量平衡

利用2013年塔克拉玛干沙漠塔中流动沙面地表辐射、土壤热通量、土壤温湿度和湍流通量观测资料,分析了沙漠腹地地表辐射和能量收支特征及闭合状况。结果表明：除潜热通量外,其余地表辐射各分量和能量平衡分量的月平均日变化结果整体均表现为标准的单峰型日循环形态,其中R_s↓与R_s↑变化同步,R_l↑、R_l↓滞后R_s↓0.5 ~ 1 h。各分量均表现出夏季高、春秋季次之、冬季低的季节波动性。干旱和极低的植被覆盖造成沙漠腹地全年潜热通量始终较为微弱,约占净辐射的2.8%,感热通量成为能量的主要消耗形式,约占净辐射的49%。偶尔的降水会刺激潜热通量突然增加。地表反照率相对较高且稳定,日变化呈早晚大、正午小的“U”型趋势,并具有明显的冬季高、夏季低的季节波动性,年均值0.28,月均值0.25~0.32。能量残差各月的日变化也均呈单峰曲线,日出后和日落前能量闭合程度最佳,并出现过闭合现象,全年夏季小,春秋季次之,冬季较大,月平均日峰值5.1~99.9 W·m^-2。土壤表层热储存是影响该地区能量平衡的重要因子之一,考虑表层土壤热存储后,地表能量闭合率达75.3%,能量闭合率夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,白天相比夜间有大幅提升。     

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。     

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。     

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。     

季节性冻融对盐荒地水盐运移的影响及调控

季节性冻融是干旱区土壤盐碱化形成的主要驱动因子,但冻融过程中土壤水盐耦合关系及热量调控机理仍不清楚。通过分析2009年11月～2010年5月新疆玛纳斯河流域典型盐荒地季节性冻融过程中土壤剖面160 cm以内的水分、盐分和温度动态变化,探讨了不同土层冻融过程中水热盐的耦合关系。结果表明：土壤最大冻结深度为150 cm左右,表土层（0～40 cm）温度与气温关系密切;土壤剖面水分呈现“C”型垂直分布,表土层和底土层（100～160 cm）含水量较大,而心土层（40～100 cm）含水量不足10%,土层平均含水率在冻融前期增加了12.91%,而在初蒸期减少了10.01%;土壤剖面盐分在冻结期和初蒸期表聚作用明显,心土层和底土层含盐量稳定,土壤剖面含盐量表现为“积盐-脱盐-再积盐”的变化过程。水热盐之间具有高度协同性,心土层和底土层表现为水盐相随、而表土层为水去盐留的耦合特征,热量传输是调控水盐运移的关键因素。     

地表能量平衡方程在新疆地表温度模拟中的应用

地表温度是影响地表能量收支平衡和气候变化的重要因子,也是评价陆面模式性能的主要指标。新疆下垫面包括沙漠、绿洲、冰川、积雪等多种类型,其地表温度变化对生态环境和天气气候变化有重要影响。为了找到影响第三代陆面模式NCAR CLM4.5模拟新疆地表温度效果的主要因子,促进该模式发展,在对ERA-5再分析资料评估基础上,以其作为实况资料,首先对CLM4.5长时段模拟新疆地表温度的效果开展评估,然后利用地表能量平衡方程得到的地表温度变化影响因子分离方法,揭示出引起新疆地表温度模拟偏差的主要因子。结果表明：ERA-5地表温度的空间分布特征、量级和时间变化与观测结果一致,可用来研究该区域地表温度变化。CLM4.5对新疆地表温度模拟冷偏差值较大,但相关性显著,且误差与气候背景和下垫面条件有关。CLM4.5模拟的潜热值偏大是地表温度模拟值偏低的主要原因,CLM4.5模拟的潜热值在新疆大部分区域比ERA-5的多90%以上。CLM4.5对新疆0—10 cm土壤湿度模拟值偏大,蒸散过强,导致潜热通量偏大,因此改进土壤湿度计算方案是提高该陆面模式对新疆地表温度模拟水平的有效途径。     

中国西北地表能量分配影响因子及特征空间法适用性北大核心CSCD

利用2009年地面实测资料,分析中国西北地区不同气候区潜热、感热及其与净辐射之比随土壤体积含水量、土壤温度及入射辐射的变化特征,并结合2000—2018年中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品讨论特征空间法在中国西北地区的适用性。结果表明:在以玛曲站为代表的高寒湿润区,入射能量始终是潜热的主导因素,用于潜热估算的斜率φ可直接取1.26,潜热估算精度依赖于净辐射的反演结果。在以兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL,榆中站)和长武站为代表的半干旱、半湿润区,当入射能量充足时,土壤水分成为潜热的主导因子,这时候使用特征空间法估算的斜率φ值与实测值相关性显著,φ的估算精度将直接影响潜热估算结果。所以,特征空间法适用于以水分为潜热主导因子的地区和时段,且要满足植被指数与地表温度呈负相关。另外需要注意的是在选择特征空间法研究区时必须保证植被指数与地表温度的散点呈规则的“三角形”。     

福州市片林和草坪细根生长与死亡的季节动态

细根的净生长与周转在城市绿地地下碳过程中具有至关重要的影响。本研究采用微根管法与土钻法相结合,对福建省福州市市区内城市绿地细根生长死亡及其净生产量的季节动态进行研究。结果表明:1)城市片林与城市草坪的细根生长死亡的季节动态明显,且季节动态模式相似。2)气温和降水因子对于城市片林和草坪的细根生长量及死亡量的影响不同。细根的死亡除了与气温、降水等因子有关之外,还与其他因子密切联系。3)城市片林与城市草坪的细根净生产量的季节动态有所不同,且片林的细根年净生产量大于草坪。4)城市片林和草坪的细根年净生产量小于天然森林和天然草原,这可能与人为管理措施的影响以及不同研究方法的偏差有关。