土壤传导－对流热通量计算的初步结果

本文利用气象站的地温资料，设计了一种同时考虑传导、对流两种传热方式时的土壤热通量计算方法，计算了土壤中的传导热通量、对流热通量及总热通量。发现对流热通量与传导热通量具有同样的量级，均为１０１—１０２ｍＷ／ｍ２。另外还初步分析了三种热通量结果与地震的关系，单站热通量序列表明地震前地热能量是持续累积的。     

青海南部冻融区高寒草地土壤温度变化及热量传输特征

为进一步了解高寒地区草地土壤冻融期（5—9月为融期,10月—翌年4月为冻期）能量收支平衡及不同剖面物理属性过程,采用热传导对流法、振幅法和相位法就该区不同深度土壤热通量分别进行了计算,并初步分析了不同年际间土壤热力学参数的变化特征。结果表明,热传导对流法能较好地描述高寒地区不同深度土壤热通量的变化特征。不同深度土壤温度的多年平均值由地表向深层土壤逐渐呈滞后效应,地表温度（T_0cm）最高值出现在7月份左右,而深层土壤T_160cm和T_320cm的最高值出现时间分别为8月和9月,且随着土壤深度的增加,其振幅减小,相位滞后。中间层土壤温度实测值与模拟值的拟合效果最佳,回归校正系数分别为0.9361、0.9509和0.9133;土壤总热通量与对流热通量相位的变化趋势一致,而与传导热通量相反。因此,季节变化是影响该区土壤剖面热量传递过程和传输方向的主导因子。     

均匀裸土地表土壤热通量计算方法对比及对能量闭合的影响

利用"内蒙古微气象观测蒸发试验"的观测资料,对6种地表土壤热通量计算方法(Plate Cal法、TDEC法、谐波法、热传导对流法、振幅法和相位法)进行比较,检验了6种方法在不同干湿地表状况下的适用性,并研究了6种方法计算地表土壤热通量的差异以及对地表能量闭合度的影响。结果表明:一般情况下,Plate Cal法计算的2 cm土壤热通量与观测值最接近,计算结果的均方差为6.9 W/m2。在不同干湿地表状况下,干燥和降水条件下适合使用Plate Cal法,计算结果的均方差分别为14.0 W/m2和30.1 W/m2;湿润条件下适合使用谐波法,计算结果的均方差为21.4 W/m2。6种方法计算的地表土壤热通量存在明显差别,最大相差178.6 W/m2,不同方法计算地表土壤热通量的最大差值超过25 W/m2的时次占样本的96.3%。不同方法计算地表土壤热通量的差异对地表能量闭合度的大小有明显影响,但不影响近地层能量闭合度随湍流混合增强而增大的规律。     

近山盆地湍流通量的研究及热通量几种计算方法的比较

利用山西省神头１９８８年９－１０月间采集的大气野外测试资料，计算了摩擦速度，特征温度，湍流动量通量。用两种不同的方法计算了湍流热通量。并按稳定度进行了分类统计和做了采样各天的热通量日变化分析。     

农田近地面层CO2和湍流通量特征研究

利用１９８５年５月至６月在北京郊区中国科学院农业生态试验研究站的麦田中实测的小麦不同生长期的ＣＯ２浓度梯度、光合有效辐射、净辐射、土壤热通量和温度、湿度及风速梯度等量的数据，采用空气动力学方法，计算了ＣＯ２通量、感热通量、潜热通量和动量通量。并对观测场地、仪器设备、校准方法及误差分析进行了描述。结果表明：从５月１４日到６月１５日，在１ｍ，２ｍ和１０ｍ处，ＣＯ２浓度振幅的日变化分别为１０３．４到２７．５，８７．５到２７．３和６９．８到１１．５ｐｐｍ；光合型和呼吸型的平均ＣＯ２浓度分别为３４５．３，３５０．６，３５７．５ｐｐｍ和３７３．９，３６９．７，３６２．１ｐｐｍ。在白天，ＣＯ２通量和梯度的输送方向是从大气向植被，在中午（１１时到１３时）输送达到负的最大值。在夜间，ＣＯ２通量和梯度输送的方向与白天相反，并且，在早晨（４时到６时）达到正的最大值。ＣＯ２通量与净辐射（Ｒｎ）、可利用能（Ｈ＋ＬＥ）、光合有效辐射和动量通量之间有较好的相关关系     

麻多高寒湿地冻结过程中土壤热通量变化特征分析

准确量化高寒湿地下垫面冻结过程中土壤热通量的变化特征,对认识高寒湿地—大气间水热交换过程有重要的科学意义。本文利用中国科学院麻多气候与环境综合观测站2014年5月至2015年5月的观测资料,分析了下垫面冻结过程中土壤热通量变化特征,探讨了冻结潜热对土壤热通量的贡献。基于温度积分计算土壤热通量的算法,指出在计算冻结过程中的土壤热通量时,需要同时考虑土壤热通量板以上的土壤热贮存及热通量板以上的冻结潜热。研究表明:（1）冻结锋面形成后,锋面所在深度土壤体积含水量迅速降低,锋面以下土壤热通量接近于零,土壤液态水开始冻结,冻结潜热向上穿过热通量板所在土壤层;降水下渗土壤后冻结所释放的潜热能使次日凌晨5 cm深度土壤热通量接近于零。（2）季节性冻结期,凌晨气温较高时穿过5 cm土壤层的向上土壤热通量很小,可能是由表层土壤发生了日冻融循环所致。土壤水释放的冻结潜热使土壤温度波动减弱并维持在冰点附近。高寒湿地下垫面仅在很浅的表层发生日冻融循环,无法通过5 cm土壤温度资料判断下垫面循环出现日期。（3）加入冻结潜热项,土壤热通量的计算值与实测值之间的均方根误差将会从11.5 W m-2下降到6.2 W m-2。以上研究结果对认识寒区陆面过程有重要的贡献。     

夏季风期间南海南部海区海-气通量交换浅析

海洋考察资料分析表明，夏季风期间南海南部海区海洋输向大气的热通量倍增，热通量的增、减过程与对流天气密切相关，季风潮天气过程中的热通量值居各天气过程之首，某些时段感热通量会出现大气向海洋的反向输送过程，地理环境使同一天气过程影响下海区内各通量的水平分布明显不均，海洋输向大气的热通量明显影响500hPa以下各层大气。     

青藏高原西部土壤热量的传输及其参数化方案

青藏高原土壤热通量虽然在热源强度或热量平衡总量中所占比例不大,但它是地面热量平衡方程闭合的一个重要因子。以1997年9月至1998年12月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站(AWS)连续观测的地下2.5 cm和7.5 cm深度的土壤热通量,分析了浅层土壤热通量、土壤温度梯度和土壤热储存量的月变化和季节变化特征,并对一整年的这3个量进行了日变化的合成分析。进一步利用土壤热通量与同期不同深度土壤温度进行了拟合分析,得出了高原西部利用地温计算土壤热通量的参数化公式。     

张掖戈壁地区土壤热通量特征分析

土壤热通量在地表能量交换中扮演着重要角色,干旱半干旱区土壤热通量更加重要。利用张掖国家气候观象台的土壤热通量观测资料,分析了不同天气状况下戈壁土壤热通量的日变化特征及其与辐射通量的关系。结果表明:晴天大气向土壤传递热量,阴天和雨天土壤释放的热量大于获得的热量。另外还分析了土壤热通量季节和年变化特征。在秋冬季节,土壤热通量基本处于负值而春夏则刚好相反。     

土壤热量通量和蓄热量的计算原理与方法研究

土壤热量通量和蓄热量的计算原理与方法研究郭绍存，杜秀贤，梁秀婷（内蒙古自治区气象科研所）利用土壤热传导方程推导出的式（６），又经图解积分法再次推导而成的式（１０），连同公式（７）分别是计算０─２０厘米深土壤表层某时段内平均热量通量和相应时段内总蓄热量...     

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。     

青藏高原深层土壤热通量的变化特征分析

青藏高原地表热状况不仅对局地天气和气候变化有重要影响,而且还在次季节到季节尺度上对周边特别是下游地区的短期气候变化产生影响,因此日益受到研究者的关注。土壤热扩散率和土壤热通量是决定土壤热状况的两个重要因素。不同于以往的研究,本文利用青藏高原地区1980—2001年39个气象站0.8 m和3.2 m的土壤温度资料,采用热传导对流法计算了0.8~3.2 m深层土壤热扩散率和土壤热通量,分析了它们的年变化和年际变化特征,并分析了深层土壤热通量和高原季风的相关关系,得到了一些有意义的结论。青藏高原深层土壤温度随深度的增加振幅减小、位相延迟;在1980—2001年间,土壤热扩散率的变化总体呈减小趋势;土壤深层热通量年变化与土壤表层热通量的年变化具有相反的相位;总热通量与对流热通量的变化具有相同的相位;深层土壤热通量月平均值在冬季为负值(定义热流向上为正),夏季土壤热通量都为正值。土壤热通量与高原冬季风指数的变化趋势相反,相关系数为-0.53;而与高原夏季风指数变化趋势一致,相关系数为0.58,都通过了95%的显著性检验。这些结论对于促使我们认识高原陆气相互作用是非常有意义的。     

日间对流边界层中的非局地动量混合

日间对流边界层最显著的结构特征是在热力作用下所形成的组织化对流。与小尺度湍涡不同的是，组织化对流具有边界层尺度的垂直相干性，可实现垂直贯穿边界层的非局地物质和能量传输。本文针对对流边界层中的动量混合，探究组织化对流对动量输送的贡献。以高精度大涡模拟数据为研究资料，通过傅里叶变换、本征正交分解和经验模态分解3种滤波方法，分离组织化对流和背景湍涡，计算与两者相关的非局地和局地动量通量，发现与组织化对流相关的非局地动量通量是总通量的重要组成部分，并主导混合层中的垂直动量输送。而后，基于协谱和相位谱分析，探究组织化对流的空间结构对动量传输的影响，发现在热力主导的不稳定环境中，单体型环流结构对动量的传输效率较低。而在风切较强的近中性环境中，滚涡型组织化结构可使垂直和水平流向扰动速度的相位差减小，从而提升动量传输效率。研究结果表明，边界层方案需要包含非局地动量通量项，其参数化应考虑整体稳定度对传输效率的影响。     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

辐射通量密度和加热率的计算结果对垂直分层的敏感性

本文利用一个一维辐射传输模式，分析了模式垂直分层对辐射通量密度和加热率计算结果的影响，以示在辐计算方案的应用中选择合理的垂直分层的必要性，结果表明：长波辐射通量和加热率对垂直分层的改变反映敏感；辐射通量最大偏差出现在对流层中层，以中纬度模式大气为例，其值为１４Ｋ／ｍ＾２（相对偏差６％）；长波冷却率的偏差在低层比较明显，最大可达１．０℃／ｄａｙ；在高原地区，垂直分层对近地层加热率的影响更为明显，偏差     

半干旱草地地表土壤热通量的计算及其对能量平衡的影响

利用2008年7月兰州大学半干旱气候与环境观测(SACOL)站的观测资料,对比分析了地表土壤热通量的三种计算方法,即谐波法、温度预报校正法(TDEC法)以及结合自校正热通量板(HFP01SC)测量的温度积分法(ITHP法);进而分析了三种不同方法的计算结果对地表能量平衡的影响。比较5cm深度处谐波法和TDEC法的计算结果与HFP01SC的实测结果,三者的相位基本一致,相互之间均具有很好的线性关系;谐波法与TDEC法的计算值较为接近,但分别比HFP01SC的实测值偏大了2%和6%(主要发生在夜间)。对于地表的土壤热通量(G0),谐波法与TDEC法两者的计算结果仅偏差约1%;TDEC法与ITHP法的计算结果之间也具有很好的线性关系(R2=0.99),但偏差达到9%左右。相对于HFP01SC的实测结果,由谐波法和TDEC法计算的G0可将SACOL站的地表能量闭合率分别提高6%和7%左右;利用温度积分法将HFP01SC的实测结果校正到地表后,地表能量闭合率也提高了约6%。因此,在对涡动相关通量做了常规订正的情况下,当充分考虑了土壤热存储后,SACOL站的地表能量闭合率可提高6%～7%,达到82%～83%左右。     

沙坡头人工植被区和流动沙丘上热量平衡观测研究

采用流动沙丘上人工植被和裸露流动沙丘下垫面近地层微气象实测资料，应用波文比法，计算了近地层感热和潜热通量＾２），并与作者在防风林干旱裸田和湿润小麦植被农田的结果进行比较分析。结果表明：在雨季的沙坡头地区流动沙丘人工植被上净辐射通量较强，可达６００Ｗ。ｍ＾－２以上，而净辐射的７０％左右的能量用于地表的蒸散，而感热散失和土壤贮存能量各占１５％左右；裸露流动沙丘上由于地表反射率大而净辐射通量小于植被区，     

关于棉田感热通量和潜热通量的几种计算方法

根据棉田的实测资料,选用四种常用的计算感染热通量的潜热通量的方法进行分析,发现空气动力学方法Ｉ和伯温比－能量平衡法的计算结果较一致,梯度扩散法略小,而布德科方法计算的潜热通量偏高、感热通量过低,因此得出结论：在计算棉花等作物的冠层通量时,选用空气动力学方法Ｉ最合适,其次是梯度扩散法。     

半干旱草原下垫面能量平衡特征及土壤热通量对能量闭合率的影响

土壤热通量在半干旱草原下垫面能量平衡研究中极为重要,土壤热通量估计不够准确是导致地表能量不平衡的一个重要原因。利用2008年6—9月锡林郭勒草原主生长期地表辐射、通量和土壤温度梯度观测资料,研究中纬度半干旱草原下垫面地表能量平衡特征。首先,在分析能量平衡各分量月平均日变化特征的基础上,通过对土壤热流量板观测的5 cm深度土壤热通量(G)的相位前移,研究了土壤热通量相位滞后对地表能量平衡产生的影响;其次,利用谐波分析方法,通过计算地表土壤热通量(Gs),分析了地表到热流量板之间的土壤热量储存对地表能量平衡的影响。结果表明:(1)将土壤热通量相位前移30 min,湍流通量与可利用能量(Rn-G)线性回归的斜率从0.835增加到0.842,地表能量闭合率提高了0.7%,但仍有15.8%的能量不闭合;(2)考虑了地表到热流量板之间的土壤热量储存之后,湍流通量与可利用能量之间的回归斜率达到0.979,能量不闭合程度仅为2.1%。     

地表热通量测量中的问题

由于缺乏对土壤表面发生的各种过程的了解，往往会导致土壤表面热通量测量的不正确。基想根据地表以下一些度处的抛弃爱量测量资料准确地确定地表的热通量，不但要考虑则板以上的热量存同，而且要考虑到测板以下的潜热损耗。如果忽略热储量就会导致大的误差，如忽略潜热过程，则会有更大的误差。