绿洲内城镇气候效应的数值模拟

利用数值模式MM5探讨了绿洲内的城镇以及城镇进一步扩大后对绿洲小气候的影响,模拟结果显示：在边长约50 km的三角形绿洲内实际存在的远离绿洲中心的5 km×4 km的城镇,对绿洲小气候的影响较小;当城镇位于绿洲中心后,对绿洲小气候的影响将增强;城镇远离绿洲中心有利于绿洲的良性发展。当城镇范围扩大后,其对绿洲小气候的影响将变得明显,白天城镇上的辐合中心将减弱低层辐散的绿洲风强度,有利于绿洲周边荒漠暖干空气侵扰绿洲;向城镇辐合产生的上升运动,将使绿洲上的低层水汽向高空输送,加大水汽的损耗;绿洲内城镇的存在也升高了绿洲总体边界层高度,不利于水汽在低层的滞留;城镇的增大将不利于绿洲的良性发展。绿洲内的城镇增加相同的面积,横风向扩展城镇试验中城镇对绿洲冷岛效应的破坏强于城镇沿顺风向扩展。     

夏季绿洲气候效应的观测和数值模拟

利用“金塔绿洲能量水分循环观测试验”的资料和中尺度数值模式对绿洲小气候效应进行了17天较长序列的研究,在模拟过程中每天替换土壤湿度。研究结果表明：在分析时段内2004年7月6目前和9日后分别盛行西北风和东风两种背景风;白天,绿洲低层相对沙漠是一个冷源,随着高度的增加逐渐转为暖中心,温度场在600～700hPa之间转变。当背景风较大时,绿洲上空的温度中心会偏向绿洲中心下游。白天绿洲低层风场平均态为在东风背景场的基础上向南北两侧辐散,随着高度的增加风场逐渐由辐散转为向绿洲的辐合,转变高度在700hPa以下,且低于温度场的转变高度。白天绿洲上以下沉运动为主,绿洲风次级环流是绿洲上夏季晴天长期存在的平均态。当背景风较小时绿洲低层可形成向四周辐散的风场,当背景风场过大时,无绿洲环流生成。绿洲为高湿场,在绿洲边缘沙漠上存在的逆湿和高水汽柱,既阻止沙漠上干热气流侵入绿洲,又防止绿洲上水汽的流失。白天沙漠、绿洲的地表能量通量差异较大,绿洲上以潜热为主,沙漠上以感热为主,二者量级相当。绿洲上的边界层高度低于沙漠的,对绿洲生态系统起一定的保护作用。     

绿洲效应的模拟及内外因子的敏感性实验

利用一个已发展的陆面物理过程参数化方案与大气边界层数值模式耦合,模拟了半干旱区绿洲戈壁非均匀下垫面的陆面物理过程及其与大气边界层的相互作用,成功地描绘了绿洲戈壁局地气候效应,并进行了绿洲戈壁局地气候效应对于降水、绿洲水平尺度和植被结构等若干内外因子的敏感性实验.结果表明:绿洲的最小临界尺度为5～10 km之间,最大临界尺度为55～65 km之间,而最利于绿洲维持的尺度范围为20 km左右,这一结论与我国西部地区现存的绿洲尺度统计结果十分一致;绿洲植被覆盖率为0.6左右时,最利于绿洲发展.另外对植被空间分布方式和绿洲植被组成比例上也进行了数值实验,并对影响绿洲生存和持续发展的内、外因子气候效应的影响力量级进行了分级.这些结果对于深入了解绿洲气候的形成和维持机理具有重要的意义.     

生态输水前后塔里木河下游绿洲特征分析

依据樊自立等人对人工绿洲、天然绿洲的定义及分类,对塔里木河下游人工绿洲、天然绿洲包含的要素进行提取,并根据前人对干旱区人工、天然绿洲适宜配比的研究,结合相应的遥感影像数据,对塔里木河下游1990—2000年、2000—2010年人工绿洲和天然绿洲的变化规律及其比例进行分析,探讨该区人工绿洲和天然绿洲的适宜配比。主要结果为:1990—2010年期间,塔里木河下游人工绿洲平均以19.09 km~2/a的速率增加,而天然绿洲平均以13.20 km~2/a的速率减少。输水前在生态系统的退化过程中,高覆盖草地面积减少了43.91%,湖泊面积100%消失,同时水库面积减少了45.28%;输水后,高覆盖草地面积减少量大有好转,10 a间只减少了6.79%,水库面积增加了392.44%。塔里木河下游流域在生态输水前,耕地增加了12.31%,生态输水后,耕地增加了30.37%。1990—2010年间,而绿洲总面积(人工+天然)不变,变化主要是发生在人工绿洲与天然绿洲之间的相互转化,天然绿洲逐渐被人工绿洲替代,平均每增加1份面积的人工绿洲就要失去1.1份天然绿洲。     

张掖绿洲—荒漠区域近地层微气象与水热交换特征

利用张掖2012年5-9月"非均匀下垫面地表蒸散发的多尺度观测试验:通量观测矩阵"数据,结合同步观测的航空和卫星遥感图像,分析了绿洲-荒漠区域近地层气象要素、辐射和能量收支特征。结果表明:(1)相对于荒漠,绿洲表现出冷、湿、风屏、增雨等"绿洲效应"。在不同的天气背景下,绿洲与荒漠及绿洲内不同田块之间存在不同尺度的相互作用过程;平流发生时,绿洲近地层出现逆温,且湿度上升,临近戈壁的近地层湿度也上升;绿洲灌溉后气温达峰值的时间滞后;在大风天,绿洲、荒漠的风向比较一致,而小风天则受到局地环流影响,绿洲内、外风向不一致。绿洲降水量大于荒漠。绿洲土壤水分明显大于荒漠,且绿洲为灌溉控制型,荒漠为降水控制型。(2)绿洲与荒漠的太阳总辐射一致;绿洲的大气逆辐射稍大;荒漠地表反射辐射和地表长波辐射明显偏大,净辐射则偏小。(3)绿洲潜热通量远大于荒漠,土壤热通量和感热通量小于荒漠;绿洲的能量输送以潜热通量为主;荒漠以感热通量为主。晴天下午绿洲经常出现感热通量为负,潜热通量超过净辐射的现象-平流/局地环流。由于风场以及绿洲-荒漠水热条件差异程度不同,绿洲不同站点平流出现的时间及强度不同。     

夏季金塔绿洲及邻近沙漠地面风场、气温和湿度场特性的对比分析

利用2004年7～8月金塔“绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究”观测试验期间的资料,对比分析了金塔绿洲及邻近沙漠地面风场和空气温湿特性的水平差异。结果表明：绿洲及邻近沙漠的温湿和风速差异明显,绿洲内部冷湿风弱,而外部干热风稍大;绿洲内的温湿场为非对称结构,冷湿中心偏离绿洲的几何中心,在绿洲东部,当地盛行风向的上风方位置上;而风速场结构对称,弱风中心与绿洲的几何中心一致;在不同的风向时空气比湿有较大的差异,存在明显的来自东北方沙漠戈壁的干平流和来自西南方水库及绿洲的湿平流。     

额济纳绿洲夏末典型晴天小气候特征分析

绿洲系统特有的地理地貌形成了绿洲特殊的小气候特征。利用额济纳绿洲2003年9月8～10日小气候观测资料，分析了绿洲柽柳林的小气候特征。在柽柳林内，地表和近地层大气温度有明显的日变化，日间地表给大气加热，大气温度呈超绝热递减率随高度递减；夜间大气给地表加热，大气为稳定层结。近地层空气湿度的日变化与温度相反。林内空气温度的垂直分布主要取决于冠层与地表吸收太阳辐射状况。在林冠顶层，白天以上升气流为主，夜间以下沉气流为主，绿洲荒漠环流效应已经不明显。绿洲上空大气浑浊度小，对太阳辐射的削减较少，绿洲具有很好的光资源背景。     

HEIFE区边界层某些结构特征

我们于１９９１年８，１０月，在ＨＥＩＦＥ实验区的三种下垫面（农田绿洲、戈壁、沙漠）上进行了边界层探测，分析结果表明，被大片戈壁或沙漠包围的绿洲在整个时次上２００－３００ｍ以下边界层内温度低于周围环境，湿度大于周围环境，绿洲“冷岛效应”明显，其影响高度可达２００ｍ。实验区的风具有明显的日变化特征。     

夏季金塔边界层风、温度和湿度结构特征的初步分析

利用2004年6～7月在河西走廊金塔陆-气相互作用试验的观测资料,分析了该地区夏季夜间和中午风、温、湿的垂直结构特征,结果表明：夏季夜间,当地面风较小时,金塔绿洲高空可能为偏西风气流,夜间稳定层高度大致在100～190m。夏季中午,当低空为偏东风时,风速随高度的变化比较复杂。总的来说,存在着东风急流,急流高度在1000-4000m之间,大气边界层顶盖（即逆温层底）约在3000-3600m高度,在500-800m高度以下存在绿洲内边界层;当低空为偏北风或西北风时,高空都为偏西风或西北风气流,低空风速随高度的变化比较平缓,风速有时存在极大值,大气边界层顶盖（即逆温层底）在3500m左右,在1200m以下可能存在绿洲内边界层,绿洲内边界层高度有时会很低。     

夏季金塔绿洲及邻近戈壁的冷湿舌及边界层特征分析

利用2004年7月金塔“绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究”重点项目加强期系留梯度探测资料,对该绿洲边缘的冷湿舌现象及边界层特征进行了分析。结果表明,戈壁绿洲边缘的确存在冷湿舌;白天从09时至18时都有冷湿舌出现,高度一般维持在0～600m之间;冷湿舌受风速、风向、太阳对地面加热强度等因素的影响很大,也与午后绿洲辐散风有密切关系。这一发现对深入研究戈壁绿洲能量与水分循环,尤其是对绿洲与周围沙漠戈壁的水热交换研究具有重要意义,也为进一步研究绿洲的维持和发展提供了很好的基础。     

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.     

作物生长对流域水文过程与区域气候的影响

利用区域气候模式RegCM3以及考虑作物生长过程的耦合模式RegCM3_CERES对东亚区域进行20年模拟,研究作物生长对流域水文过程与区域气候的影响。结果表明：考虑作物生长过程的耦合模式模拟海河流域、松花江流域、珠江流域多年平均降水效果明显改进,在除黑河流域外的各流域模拟的温度负偏差有所减小,其中在海河流域、淮河流域的夏季改进尤为明显。各流域夏季（6、7、8月）月蒸散量最高,其中长江流域、海河流域、淮河流域、珠江流域的夏季月蒸散量基本上在100 mm左右,并且七大流域蒸散发的季节变化趋势跟总降水基本一致。多数流域考虑作物生长过程的耦合模式模拟得出蒸散发减少且进入的水汽增加,导致局地水循环率减小;黑河流域与黄河流域降水有所增加,其他流域均有不同程度的减小。针对长江流域,比较耦合模式RegCM3_CERES与模式RegCM3模拟结果显示,叶面积指数减少1.20 m²/m²,根区土壤湿度增加0.01 m³/m³,进而导致潜热通量下降1.34 W/m²（其中在四川盆地地区减少16.00 W/m²左右）,感热通量增加2.04 W/m²,从而影响到降水和气温。     

长江上游地区盛夏季节的水分循环

根据1955—1961年的材料,研究了每年盛夏长江上游地区的水分循环,给出了本区四个边界上各年各层的水汽输送量及各年的水分循环各要素值,并与其它几个地区的水分循环情况进行了比较。文中也简略讨论了本区水汽输送与夏季环流形势间的关系。 本区的水分循环,与其它地区相比较,有一些独特之处:水分循环系数K及水分循环强度均较大(K=1.094)。蒸发与降水量之比值较小。水汽输送最大的层次较高(在850—700毫巴间)。造成这些特点的原因主要在于本区的特殊自然地理条件(是群山环抱,海拔较高的盆地)。可见自然地理条件对水分循环情况有重要影响。 可以推论,在本地区采取增加内部蒸发量的措施,对于降水量之增加,效果似乎应该较在平原地区显著。     

Systematic Hydrological Evaluation of the Noah-MP Land Surface Model over China

We evaluate water budget components—namely, soil moisture, runoff, evapotranspiration, and terrestrial water storage (TWS)—simulated by the Noah land surface model with multi-parameterization options (Noah-MP) in China, a large geographic domain challenging for hydrological modeling due to poor observational data and a lack of one single parameterization that can fit for complex hydrological processes. By comparing the model simulations with multi-source reference data, we show that Noah-MP can generally reproduce the overall spatiotemporal patterns of runoff and evapotranspiration over six major river basins, with the annual correlation coefficients generally greater than 0.8 and the Nash–Sutcliffe model efficiency coefficient exceeding 0.5. Among the six basins evaluated, the best model performance is seen over the Huaihe River basin. The temporal trend of the modeled TWS anomalies agrees well with GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) observations, capturing major flood and drought events in different basins. Experiments with 12 selected physical parameterization options show that the runoff parameterization has a stronger impact on the simulated soil moisture–runoff–evapotranspiration relationships than the soil moisture factor for stomatal resistance schemes, a result consistent with previous studies. Overall, Noah-MP driven by GLDAS forcing simulates the hydrological variables well, except for the Songliao basin in northeastern China, likely because this is a transitional region with extensive freeze–thaw activity, while representations of human activities may also help improve the model performance.     

黑河地区玉米地膜覆盖节水增产灌溉制度的数学模型

通过一年的试验,初步得出参试各变量x_1(灌溉定额)、x_2(灌溉次数)、x_3(头水叶龄)和x_4(保苗株数)对产量y的多元回归模型。利用这一模型分析了各参试因子对产量的作用,并通过频数分析,筛选了地膜覆盖条件下玉米高于某一产量指标,同时限制灌溉定额或灌水次数的节水增产的优化措施组合。本文还分析了参试因子对玉米产量构成因素的影响,评价了地膜的节水效果和增温增产效果,初步探索了地膜玉米的节水增产机理。     

基于中国植被数据的陆面覆盖及其对陆面过程模拟的影响

本文基于中国1:100万植被图、马里兰大学AVHRR森林覆盖资料和中国753个气象站点40年的降水气温资料, 发展了一套用于气候模拟的中国陆面覆盖资料(Chinese land cover derived from vegetation map, 简称CLCV)。该套资料与CLM(Community Land Model)原来所用的MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 陆面覆盖资料相比有较大不同: 其中裸土比例减少了14.5%, 森林、灌木、草原和农作物比例分别增加了3.3%、4.8%、4.4%和0.3%, 冰川、湖泊和湿地比例分别增加了0.4%、0.8%和0.6%。将CLCV和MODIS资料分别与全国土地资源概查汇总结果分省统计资料和基于中国1 km土地利用图的土地利用资料比较表明, CLCV与两者较为接近。最后, 利用CLM模式分别采用CLCV与MODIS陆面覆盖资料在中国区域内进行数值模拟, 结果显示, 使用CLCV资料所模拟的蒸散增加了约7.7 mm/a; 地表反照率、 感热和径流分别减小了约0.7%、 0.3 W/m2和7.6 mm/a; 与MODIS卫星反演地表反照率和GRDC (Global Runoff Data Centre) 径流资料比较表明, 利用CLCV资料所模拟的地表反照率有一定改进, 并能基本模拟出径流分布趋势。     

How Does the Partitioning of Evapotranspiration and Runoff between Different Processes Affect the Variability and Predictability of Soil Moisture and Precipitation？

Water stored as part of the land surface is lost to evapotranspiration and runoff on different time scales,and the partitioning between these time scales is important for modeling soil water in a climate model.Different time scales are imposed on evapotranspiration primarily because it is derived from different reservoirs with different storage capacities, from the very rapid evaporation of canopy stores to the slow removal by transpiration of rooting zone soil moisture. Runoff likewise ranges in time scale from rapid surface terms to the slower base-flow. The longest time scale losses of water determine the slow variation of soil moisture and hence the longer time scale effects of soil moisture on precipitation. This paper shows with a simple analysis how shifting the partitioning of evapotranspiration between the different reservoirs affects the variability of soil moisture and precipitation. In particular, it is concluded that a shift to shorter time scale reservoirs shifts the variance of precipitation from that which is potentially predictable to unpredictable.     

河西地区不同下垫面边界层特征分析

利用1991年10月HEIFE实验期间获取的系留气球梯度探测资料．对比分析了黑河地区常见的三种不同下垫面(绿洲、沙漠和戈壁)边界层风、温度、湿度场的分布规律。客观验证了河西地区秋季午夜后出现的低空急流和逆湿气层两大特点,为进一步研究黑河地区水分与能量循环对环境的影响、土地的开发利用等提供事实依据。     

人工绿地与自然沙地蒸散的计算与变异研究

利用中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地2014—2015年自然沙地与人工绿地加密观测试验时次数据,采用GB/T 20481-2006气象干旱等级的蒸散算法,详细计算自然沙地、人工绿地以时次为单位的蒸散值。计算过程中采用多种参数算法,增加了观测数据的利用率,提高了计算精度,并尝试通过影响因子的变量赋值研究,量化蒸散的计算增减。结果表明:（1）自然沙地与人工绿地蒸散计算值都较好地刻画出了蒸散的年内变化,自然沙地计算值量级更贴近实际观测值,这与蒸散计算方法适用性有关。（2）人工绿地蒸散计算值在植被生长季与观测值的差值较大,自然沙地与观测值的差值较小;冷季人工绿地蒸散计算值与观测值接近,自然沙地计算值与观测值的差相对较大。（3）饱和水汽压与实际水汽压之差、2 m平均气温、2 m平均风速、饱和水汽压的斜率是计算蒸散的主要影响因子,其中饱和水汽压与实际水汽压之差和2 m平均风速随着赋值递增,蒸散差值时次百分比与年累计差值呈线性增长。2 m平均气温随着赋值递增,蒸散差值时次百分比与年累计差值表现比较稳定,饱和水汽压的斜率随着赋值递增,蒸散差值时次百分比与年累计差值略有递减。因此,GB/T 20481-2006气象干旱等级的蒸散算法在塔克拉玛干沙漠的适用性较好,人工绿地比自然沙地计算精度更高。      

河西走廊地区气候和绿洲生态研究的若干进展

河西走廊地区以其独特的生态环境和气候特征一直成为众多学者研究的焦点区域,文中从该区温度、降水特征及其背景下区内绿洲生态环境变化两方面,对国内在这些方面的研究成果作了初步的归纳整理和分析综述。