上海市郊林带的气候效应

对上海市郊林带附近与非林带冬、夏季典型天气下温、湿度、蒸发、辐射量的同步观测资料分析研究显示:林带附近气温日较差比非林带大,林带背风侧气温日较差比林带迎风侧大。林带附近日蒸发量比非林带小,日平均相对湿度比非林带大。林带附近散射辐射比非林带小,反射辐射比非林带大,总辐射差异与季节及林带树叶的茂密程度有关,白天净辐射差异主要取决于总辐射和反射辐射差异,夜间净辐射差异与林带及两地地温差有关。     

农桐间作地热量平衡和水分利用状况研究

由实测资料系统分析了农桐间作地热量平衡各分量复杂的时空变化特征。结果表明：间作内外蒸发耗热（ＬＥ）仍是主要耗热项，湍流耗热（Ｈ）低于ＬＥ，但高于土壤热通量（Ｑ）；间作地各分量小于对照，但ＬＥ、Ｑ占净辐射（Ｒｎ）比值高于对照；泡桐林带对各分量的影响与间作结构及测点位置有关。然后计算了间作中小麦、棉花水分利用率（ＷＵＥ），其值与作物类型，生长期等因子有关，且间作地高于对照。     

我国地表面和大气间的湍流热交换量的研究

一、引言 由于地面增热不均,形成地表和大气间的热力差异,为了达到热量平衡,便导致湍流热交换的产生,湍流热交换量不仅是热量平衡中的重要分量之一,而且表示了大气层结的稳定性,大气中各物理量的输送和交换能力,从而反映了天气与气候的形成过程和变化特征。     

华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程, 在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据, 分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征; 并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上, 着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明: (1) 本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下, 来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾; 暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂; (2) 在暖海雾的形成和消散阶段, 风切变机械湍流的热量输送起主要作用; 而在发展和维持阶段, 既有风切变机械湍流的热量输送作用, 也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用; (3) 风切变机械湍流向冷海面输送热量, 对近海面空气起到降温和增湿作用; 热力湍流同样向冷海面输送热量, 但对雾层起到增温和降湿作用; (4) 暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。     

土壤-植被-大气系统水分散失机理的数值模拟

以Eeardorff(1978)提出的陆面参数化方案和Noilhan等人(1989)土壤水分参数化方案为基础,对陆面物理过程参数化方案进行了改进,在模式中较详细地考虑了植被和地面的各种物理参量如地面和叶面的反射率和发射率,净叶面面积指数,植被的物理阻抗等,并与大气边界层模式耦合。应用该模式模拟了沙漠及绿洲地区不同植被覆盖率情况下的蒸散量、土壤含水量和表面温度的日变化和连续变化特征;对不同植被覆盖率的热量平衡特征进行了比较。结果表明该模式较好地反映了地表蒸散3阶段的变化趋势特征,揭示出下垫面热量平衡分量间的相互转换过程。该模式可以用于中尺度的气象和区域气候模式,模拟和预测不同植被覆盖情况下近地层的热量输送和水分散失情况。     

南京冬季城、郊下垫面能量平衡特征分析

本文利用2006年2月17日-3月2日在南京市区和郊区测得的辐射、湍流通量和脉动风速资料,定量分析了城、郊不同下垫面辐射收支、热量平衡特征及各分量的变化,结果表明:(1)不同天气条件下辐射平衡特征城、郊有一定差异,在晴天时差异最大,在下雪天时差异最小,但多云时更接近各辐射分量城、郊差异的平均特征;(2)城、郊下垫面感热和潜热分布不均,尤其是潜热城、郊对比有较大差异;(3)观测期间平均波文比(Qh/Qe)市区为7.8,与荒漠干旱地区接近,郊区为1.8.     

橡胶林的热量平衡

本文通过实测资料与理论计算,分析了我国主要橡胶产区(广东)不同类型橡胶园的热量平衡各分量的特征,并与热带次生杂木林、热带稀树草原及裸地作了对比。胶林的热量收入(净辐射)可观,晴天日总量最大可达15.95MJ/m~2,与次生林相仿,而大于空旷地。热量支出项中,蒸散耗热占60—70％,湍流热通量占25—35％,土壤热通量占5—10％。其比例随林型结构与林分而异,且胶林作用层与林地作用层之间、胶林(或纯茶林、次生林)与空旷地之间差异明显。     

盛夏我国东部地区热量平衡的个例计算

本文选取1959年7月23—26日4天正当高空副热带高压控制我国大陆时,对我国东部地区计算了能量方程中各项数值,以及各边界上的能量输送。计算表明,这个地区为能源区城,向外输送热量和水汽。至于在东、西、南、北四个边界上输送的情况有很大的差异,南界以输入为主;东界低层为输出,高层为输入。这种输送是由这个地区低空为大陆热低压,高空为副热带高压的环流特点所决定的。在热量输送中,扰动输送比平均输送为重要。在能量平衡中,支出项主要为平流输送和辐射冷却,而收入项主要是由下垫面向上输送感热和水汽潜热,大气本身的热量和水汽含量的变化在能量平衡中作用较小。湍流感热输送约为蒸发潜热输送的1.84倍。     

黑河下游鼎新戈壁近地层能量输送及微气象特征

利用在甘肃酒泉金塔地区进行的"绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究"野外试验2005年5月16~21日的加强期观测资料,计算并分析了鼎新戈壁下垫面地表辐射平衡、地表能量平衡、地表空气动力学粗糙度、地表反射率以及动量、热量总体输送系数等物理量的变化特征,得到了鼎新戈壁下垫面近地层能量输送及微气象特征:(1)在5月份晴天天气下,太阳辐射各分量表现出了标准的地表辐射平衡的日循环形态,总辐射峰值可达1000 W.m-2以上;净辐射峰值达到526 W.m-2。(2)能量平衡各项都具有明显的日变化规律;白天感热通量最大值可达到400 W.m-2,潜热通量比感热通量小两个量级,地热流量峰值可达100 W.m-2以上;在下午和夜间存在负的水汽输送现象。(3)在中性条件下:z0=1.44×10-3m,CDN=2.1×10-3,CHN=1.8×10-3。(4)5月份地表反射率为0.217,反射率日分布大致呈"U"型。     

土壤-植被-大气系统水分能量传输模拟和验证

本文建立了包括地下水的土壤－植被－大气系统水分能量传输综合模型,并对模型中冠层动量湍流交换反梯度传输现象的描述进行了改进。在此基础上,依据冠层内动量和热量的交换以及辐射传输过程,同时求解地表、冠层能量平衡方程,进而模拟饱和－非饱和土壤的水热传输。用浅地下水地区冬小麦田间试验资料对模型进行验证,结果表明,系统能量平衡各分量和土壤含水量的模拟与观测结果相当一致。模型敏感性分析发现,叶面积指数对总蒸散量的影响随叶面积指数的增加而逐渐减弱;叶片最小气孔阻力对总蒸散量的影响,在该阻力较小时更显著;地下水位对蒸散量的影响在它小于１．５ｍ时不显著,而在１．５～１．７５ｍ之间时,蒸散减小较快,主要由于土壤蒸发减小显著,冠层蒸腾稍有增加。     

甘肃马衔山区陆面过程与降水的研究

采用定西的麦田微气象观测,定西、兰州的辐射观测和马衔山区34个气象、水文和雨量站的气候资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料以及反演的地表植被盖度和反射率,并用SEBAL算法推导出夏季地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度的区域分布特征,并分析陆面过程对降水的影响。结果表明:本区降水的空间分布与夏季植被盖度对应最好,相关系数高达0.722,其次是土壤热通量和潜热通量,相关系数分别为-0.65和0.615。这表明森林通过降低地表反射率和表面温度,不仅增加地表净辐射,而且减少其用于感热和土壤热通量的消耗。由于林区地表水分多,从而将接收较多的太阳辐射能主要用于蒸散,增加边界层中的水汽。故林区降水远大于植被稀疏的半干旱黄土梁。     

土壤湿度年际异常对中国春、夏季气候模拟的影响

基于NCAR大气模式CAM3.1模式,设计了有、无土壤湿度年际异常两组试验对中国区域近40a(1961-2000年)气候进行了模拟。从气候态和年际变率的角度,通过分析两组试验的差值场来探讨土壤湿度年际异常对气候模拟的影响,并初步探讨了影响的可能机制。结果表明:模式模拟的温度和降水对土壤湿度的年际异常非常敏感,土壤湿度的年际变化对中国春夏季气候及其年际变率均有显著影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,模式模拟的春夏季平均温度、最高温度、最低温度在我国大范围内降低,春夏季降水在东部大部分地区明显减少,西部增加。而模式模拟的春夏季温度、降水年际变率在中国大部分地区减弱。但当考虑土壤湿度的年际变化,则能在一定程度上提高模式对气候年际变率的模拟能力。在进一步分析表明土壤湿度年际异常时,主要通过改变地表能量通量和环流场,对温度、降水产生影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,地表净辐射通量减少,地表温度降低,感热通量减少。感热通量差值场的空间变化和温度差值场的空间变化一致,感热通量对温度有一定影响。而潜热通量差值场的空间变化和降水的差值场的空间变化一致,可见降水受地表潜热通量的影响。土壤湿度年际异常引起的环流场的变化也是导致气候变化的原因之一,地表能量和环流场年际变率的改变对春夏季气候年际变率存在一定影响。     

土壤湿度初始异常对东亚区域气候模拟影响的敏感性试验

利用耦合了CLM3.5陆面模式的区域气候模式RegCM4.0,通过敏感性试验,探讨了人为减小春季初始土壤体积水含量对短期时间尺度东亚夏季气候模拟的可能影响。结果表明:较低的初始土壤湿度场能够明显改变区域的地表能量平衡,引起地表净长波辐射和感热通量的显著增加,进而加强了地表对大气的加热,因而引起东亚大范围地区特别是中国东部、印度北部和中亚地区地表温度、气温的升高。与气温不同,初始土壤湿度场对降水的影响很小而且有较大的不确定性,同时偏暖的下垫面使得对流层中高层出现暖高压异常,但这些影响均不显著。综合来看,土壤湿度初始场的初始异常,对RegCM4.0 模式东亚气候模拟的结果有一定影响,特别是在地表温度、气温和能量平衡方面,应在以后的模拟中加以考虑。     

黄土高原半干旱区夏季晴天陆面特征模拟与观测对比分析

以甘肃定西为例,利用中尺度模式MM5模拟了黄土高原半干旱区夏季晴人的陆面特征,并与观测资料进行对比分析。结果表明,对气温、土壤热通量、辐射、感热通量的模拟结果与观测比较一致,而对比湿、地表温度、潜热通量的模拟结果与观测偏差稍大。夏季晴天,定西地区的地表温度日最高值出现时间较13最高气温出现时间早了3h,但两者日最低值出现时间相同;10cm深度处的土壤温度存在明显的日变化,而40、80cm深度处无明显的日变化;空气湿度较低,夜晚比湿的变化与露水的凝结量变化时间一致;土壤热通量呈典型的单峰型日变化特征,日最大值出现在13：00,与太阳短波辐射与地表反射辐射日最大值出现的时间相同;在半干旱区感热通量明显大于潜热通量,热通量以感热通量为主;边界层高度最高可达到2100m左右,比干旱区敦煌的低1000m左右。     

RAMS模式在金塔地区非均匀下垫面上的适用性研究

为检验RAMS模式在金塔地区的模拟性能, 首先选2005年7月2~3日金塔地区的一次晴好天气过程, 然后利用RAMS及MM5模式对该过程进行了48 h三重嵌套的数值模拟, 最后对金塔绿洲、 戈壁及沙漠点近地面各变量的模拟值及实测值进行了对比分析。结果表明： RAMS模式对绿洲、 戈壁和沙漠不同下垫面近地面温度的模拟表现良好, 基本模拟出了近地面相对湿度的日变化趋势, 较好地模拟出了绿洲\_沙漠环流引起的绿洲“冷岛效应”和临近绿洲的戈壁与沙漠上空的“逆湿”现象; RAMS模式对绿洲下垫面潜热通量的模拟比感热通量更接近实况, 而对戈壁和沙漠下垫面感热通量的模拟好于潜热通量, 三种下垫面上净辐射的模拟都与观测值较接近; 同MM5模式的模拟结果比较, RAMS模式对非均匀下垫面净辐射、 感热通量的数值模拟更优于MM5模式。这表明RAMS模式在金塔地区应用的可行性。     

峨眉山地区近地层微气象特征研究

基于2019年12月至2020年11月峨眉山站梯度塔资料、辐射观测资料和地表通量资料,采用涡动相关法对峨眉山地区近地层的地表通量和蒸散发量的变化进行分析,并估算了零平面位移、空气动力粗糙度、空气热力粗糙度、动量通量输送系数和感热通量输送系数等重要的空气动力学和热力学参数.研究表明:近地面风速呈现高层高、低层低的特征,且...     

青藏高原复杂下垫面能量和水分循环季节变化特征分析

为深入认识青藏高原能量和水分循环季节变化,利用GSWP(Global Soil Wetness Project)、GLDAS(Global Land Data Assimilation System)、AMSR-E(Advance Microwave Scanning Radiometer-EOS)土壤湿度以及台站观测资料等多种数据,采用滑动t检验初步分析高原下垫面各物理量季节变化特征。结果表明:各物理量季节变化特征明显且联系密切。高原下垫面净短波辐射和感热通量在1月中旬显著开始增加,5~6月达到全年最高值。净长波辐射5月表现为高值,夏季表现为低值。地表潜热通量在1月显著开始增加,在夏季达到全年最高值。表层土壤3月开始输送热量到大气,9月大气开始向土壤表层传递热量;融雪3~5月加快,雪盖减少。降水和1 cm植被含水量在2月显著开始增加,1 cm土壤显著开始加湿,5~6月降水陡增,1 cm土壤湿度表现为峰值。1 cm植被含水量、植被蒸腾、总蒸散与降水在7~8月达全年最高值,1 cm土壤湿度在7月表出现为谷值,9月达全年第二峰值。10月下垫面温度转冷后,雪盖增加,土壤湿度逐渐减小。     

Pine forest microclimate simulation using different diffusivities

Proper understanding of, e.g., evaporation from a forest requires an understanding of its microclimate. A well established, steady-state model was used to simulate microclimate and evaporation of a sparse pine forest in central Sweden. Model input included profiles of turbulent diffusivity, boundary-layer resistance, stomatal resistance, wind speed, net and global radiation and needle area density. Momentum balance, energy balance and exponentially decreasing diffusivities were used to study the sensitivity of the evaporation rates and of the temperature and humidity profiles. Model output proved to be unreliable when measured temperature and humidity at the bottom of the stand were used instead of a measured ground heat flux as the lower boundary condition. Energy balance diffusivity was usually larger than momentum balance diffusivity at the canopy top but decreased rapidly to a minimum at approximately the height where the momentum balance diffusivity had its maximum. Energy balance diffusivity commonly showed a secondary maximum below the height of the maximum needle area density. Profiles of Richardson number showed that thermal effects became important just below the canopy top. Bluff-body effects distinguished the energy balance from the momentum balance diffusivity and both were subject to shelter effects. Total evaporation was not very sensitive to the choice of diffusivity when soil heat flux was given as the lower boundary condition.     

中国区域性骤发干旱特征分析

基于国家气象信息中心2 400多个观测站的候平均日最高气温、GLDAS 2.0/2.1的土壤湿度、蒸散发资料和ERA5的500 hPa位势高度、925 hPa风场再分析资料,定义了格点骤发干旱指数,在分析1979—2017年4—9月中国区域骤发干旱气候特征和骤发干旱指数的经验正交展开空间模态的基础上,确定骤发干旱发生频繁及变率大的区域,给出了区域性骤发干旱事件的识别标准,并对其演变过程进行合成分析,最后分析了典型个例的要素和环流特征。结果表明:骤发干旱多发于我国南方夏季,其中7月最多,以湖南和浙江地区发生最为频繁,这两个区域也是骤发干旱发生气候变率最大的区域。合成分析显示,高温是两个区域骤发干旱爆发的主要驱动因素:干旱爆发前一候,气温迅速升高,蒸散发快速增大,土壤湿度下降明显。2013年6—7月在湖南区域爆发了两次骤发干旱事件。第一次干旱爆发前,湖南地区500 hPa位势高度迅速增大,异常下沉气流导致降水减少和绝热增温,蒸散发随气温升高而增加,使土壤湿度减少,这次干旱由高温驱动;第二次干旱爆发前期,明显偏西、偏北且稳定的西北太平洋副热带高压使地表太阳净辐射通量增强、近地层的偏南气流使高温维持,蒸散发随降水而变化,这次干旱为降水减少所驱动,高温起促进作用。