黄土高原半干旱区异常能量闭合率特征分析

以兰州大学半干旱气候与环境观测站（简称SACOL站）4 a的陆面通量数据为基础,利用普通最小二乘法（OLS）和能量平衡比率（EBR）方法,对能量平衡的异常闭合特征及其与相对垂直湍强（RIw）的关系进行了研究,并进行了能量滞后分析。结果表明,能量过闭合和负闭合现象分别主要发生在白天和夜间,大小遵从正态分布;较大异常闭合产生的原因主要是日出日落时净辐射与地表热通量接近以及降水影响造成湍流通量出现异常大值。一般来说,垂直湍流运动越强,异常闭合越少,闭合度越向1收敛,反之亦然。强湍流或极弱湍流都不利于产生异常闭合,过闭合、负闭合的最适相对垂直湍强RIw约为0.11、0.14。另外,能量支出项的相对滞后也是造成包括负闭合在内的异常闭合的原因之一。剔除湍强较弱的点或将地表热通量G0、感热H、潜热LE相位相对净辐射Rn提前30 min后,异常闭合所占比重减少;月平均EBR法过闭合度降低,OLS法闭合度提高。     

科尔沁草甸草地生长季能量平衡特征

草地生态系统具有植被多样性和较大的气候变异性,研究草地的能量平衡特征对认识草地的生态效应具有重要意义。利用开路涡度相关系统和常规气象观测系统的观测结果,运用最小二乘法、线性回归等方法对科尔沁草甸草地2010年生长季能量平衡特征进行了分析。结果表明：科尔沁草甸草地生长季能量闭合比率为80.4%,说明该地存在不闭合现象,且闭合度居于同类观测的中上水平,涡度相关观测数据较为可靠。反射率日变化呈先降后升趋势,中午达到最低值,生长季（5-9月）内在0.040-0.120之间波动,整体也呈先降后升趋势,平均值为0.061。净辐射与太阳辐射的比值为0.386,二者呈线性正相关关系。潜热通量是科尔沁草甸草地最主要的能量支出项,其次是感热通量。各分量日变化与净辐射基本相同,呈单峰型变化,日出后开始增加,中午达到最大值,之后开始减小,峰值及其出现的时间稍有不同。两种典型天气下,各分量占净辐射比例次序与生长季平均情况相同。晴天时各分量与净辐射相同,呈单峰型,而阴天时变化规律均不明显。     

鼎湖山针阔叶混交林生态系统能量平衡分析

能量平衡分析作为评价涡度相关法通量观测数据可靠性方法，备受学界重视。应用OLS（Ordinary least squares）和EBR（Energy Balance Ratio）2种方法，系统分析了广东省鼎湖山针阔叶混交林生态系统能量平衡特点，并分析各种涡度通量修正方法对能量平衡的影响，结果表明鼎湖山通量站平均能力平衡不闭合度为33％-47％，略高于普遍报道的不闭合度范围（10％-30％）。WPL修正、μ＊订正和坐标转换，使得能量平衡闭合度有所提高，但夜间特别是冬季能量平衡较差问题依然没有得到根本解决，表明夜间弱湍流并不是导致夜间能量平衡闭合度差的主要原因。为客观评价本通量站以及ChinaFLUX能量平衡状况和通量数据质量，确定涡度相关法CO2通量数据分析方法和改进策略提供依据。     

湍流低频贡献对半干旱区地表能量平衡的影响

利用中国气象局兰州干旱气象研究所定西干旱气象与生态环境试验基地的陆面过程观测资料,通过Finnigan等提出的获取湍流低频贡献的总块平均方法研究了低频部分对地表能量不平衡的影响。结果发现:(1)感热和潜热的低频部分较小,对感热的贡献在-1%～11%之间,对潜热的贡献在-7.3%～0.3%之间,对感热与潜热和的贡献在-1.4%～0.7%之间;(2)低频部分对感热和潜热的贡献随平均周期呈现先增后减的变化趋势;(3)不计低频部分时,地表能量的闭合度在晴天、阴天和阴晴混合天分别为0.93、0.76和0.87;(4)计入低频部分时,闭合度在晴天、阴天和混合天分别提高到0.98、0.86和0.93,提高了5%～10%;(5)阴天低频部分对闭合度的贡献随平均周期的加长而加大,晴天则增至1.5 h后开始递减,混合天增至1.5 h后保持定值。所以,低频贡献可以显著提高地表能量闭合度。但是考虑低频贡献后,仍存在2%～14%的欠闭合度,地表能量平衡问题还有未知的原因存在。     

2009年8月－10月塔克拉玛干沙漠北缘地表能量收支特征?

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘陆气相互作用观测站2009年8-10月探测的资料,对该地区能量收支状况进行了初步分析。结果表明：2009年8-10月的平均能量闭合率为78%,闭合差为22%。夏季白天,感热、潜热、土壤热通量各占净辐射的52%、6%、16%,夜间依次占净辐射的53%、3%、6%。夏季白天、夜间能量不平衡率分别为26%、38%。8月肖塘的总体输送系数CD平均值为4.5×10-3,CH为2.2×10-3。CD、CH季节变化和日变化显著,都是夏季大于秋季,白天大,夜间小。     

麦田通量数据质量控制及能量闭合性分析

近地面层能量不闭合是涡度相关系统观测中普遍存在的难点问题。为了提高涡度相关系统通量观测数据的质量,选取郑州农业气象试验站2009年10月—2010年6月整个冬小麦生长季的通量观测资料,对30 min通量数据进行野点剔除、数据插补和Webb-Pearman-Leuning(WPL)校正等数据预处理。用两种方法(OLS和EBR)评价了该地区麦田生态系统能量平衡状况。结果表明:处理后的数据质量有明显提升,日平均湍流能增加7.09 W·m~(-2),日平均CO2通量减少0.0730 mg·m~(-2)·s~(-1)。农田涡度相关系统观测的能量平衡比率(EBR)日变化规律明显:早晨和傍晚昼夜交替时EBR波动最大,白天能量闭合状况优于夜间;暖季EBR大部分都在1左右浮动,能量平衡闭合程度较高,而冬季能量平衡闭合程度比暖季偏低。能量通量和湍流通量有较强的相关性,决定系数R2=0.8066,能量闭合度为88%,存在能量不闭合现象。     

南疆沙漠腹地夏季晴天与沙尘日小气候观测对比分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站2006年8月13-31日近地层微气象资料以及常规地面观测资料,选取晴天与沙尘日个例,采用波文比能量平衡方法,对比分析了晴天与沙尘日沙漠腹地的小气候和地表能量平衡特征.结果表明,晴天气温、地温日变化幅度均大于沙尘日,各深度地温极值出现时间滞后于沙尘日;晴天夜间近地层存在逆温,沙尘日具有等温性;晴天夜间比湿较大,白天较小,沙尘日夜间比湿变化平缓,在沙尘暴发生时,比湿急剧增大,并有弱的逆湿现象存在;沙尘日总辐射、反射辐射、净辐射和感热通量比晴天明显偏小,向下长波辐射却大于晴天,但潜热变化差异不太明显.     

甘肃中部旱作农田地表能量收支特征分析

利用在甘肃中部旱作农田多年积累的波文比能量平衡及辐射观测资料,分析了平均气候状态及不同天气状况下旱作春小麦农田不同生育期的辐射能量变化特征。结果表明:1)在晴天状况下的旱作春小麦农田,能量平衡各分量、总辐射、直接辐射、大气透明度系数P2等项中,每个要素在不同生育期的日变化趋势都是相同的,但是在量值上却存在差别,一般都是随着春小麦生育进程的变化而逐渐增大;2)在春小麦各生育期内,晴天波文比的日变化趋势相同。波文比值夜间大于白天,白天上午又相对大于下午,一日中波文比的最小值出现在下午3～4时左右。从整个生育期来说,波文比随生育进程的变化而逐渐增大,但是潜热交换一直居于主导地位,而感热输送只是处于从属地位,白天波文比总是<1;3)晴阴天不同天气状况下,农田地表获得的能量在量值上存在差别,阴天时总辐射、净辐射的日总量值一般为晴天时的30%～40%,可利用能量的分配规律在不同天气状况下不同,晴阴天潜热与感热的变幅约在15%。     

山地复杂下垫面湍流特征观测分析

利用谱方法和能量闭合度分析等方法,对兰州市皋兰山2006年夏季和2005年冬季涡度相关系统测定的湍流数据质量进行了分析,结果表明:4个观测点测定的三维风速、空气温度的功率谱在惯性副区都符合"-2/3"定律,垂直风速和温度的协谱在惯性副区也基本符合"-4/3"定律.4个观测点都存在能量平衡不闭合现象,夏季观测点绿化地和裸地能量平衡比率(EBR)分别为66%和94%,冬季绿化地和裸地的EBR分别为62%和84%;裸地观测点的闭合程度明显好于绿化地.本文还讨论了能量闭合度的日变化特征及各个观测点的地表能量收支状况.     

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%。     

基于WRF模式输出统计的逐时太阳总辐射预报初探

基于WRF(weather research and forecasting model)模式逐时输出结果,设计了逐时太阳总辐射的模式输出统计(model output statistics,MOS)预报流程。主要包括:对逐时观测序列进行低通滤波再除以天文辐射,对模式输出因子的筛选和降维,以及建立MOS预报方程,并对2009年1月、4月、8月和10月武汉站逐时太阳总辐射进行预报试验。结果表明,该方案在各月预报相对稳定,拟合和预报效果均较为理想,可使平均绝对百分比误差控制在20%～30%,相对均方根误差控制在30%～40%,相对模式直接预报辐射改进了50%左右。由此可见,通过对模式输出进行解释应用,可以有效提高辐射预报的准确率。此外,客观分析所得的气温、云量、露点、比湿、相对湿度、地面气压等13个模式输出因子可以作为各地区建立MOS辐射预报方程的参考因子。     

Surface energy balance measurements over a banana plantation in South China

The land surface energy exchange depends highly on the surface properties. Little is known of the energy balance over a typical banana plantation of humid tropics. In this study, we examine the characteristics of surface energy exchange over a typical banana field in South China during the period of May 2010 to April 2011 by using the eddy covariance and micrometeorological tower. The results showed that the diurnal and seasonal variations in surface latent heat flux were larger compared with those over the nearby grassland. The dominant energy partitioning varies with season. The latent heat flux was the main consumer of net radiation in summer, whereas the sensible heat flux was the main consumer in winter. The increasing cloud coverage and rain appear to control the surface energy balance with the development of the monsoon. Due to increased afternoon convective cloud systems in the monsoon active period, downward shortwave radiation was dramatically diminished around 14:00?pm. The annual mean Bowen ratio was 0.69, which fell within the range of other vegetated surfaces. The observed surface energy components were not closed, and the ratio of turbulent fluxes to the available energy was about 77 % in October–January and about 85 % in the other months after considering soil heat and air heat storage.     

黑河实验区若干下垫面总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系

本文利用1991年“黑河实验”期张掖，化音，沙漠站1月、4月、8月、10月太阳辐射观测资料，分析了晴天总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系，得到了不同下垫面、不同季节的地表反射率与太阳高度角的函数关系及各站晴天总辐射与太阳高度角的函数关系的拟合公式，并讨论了这种关系在利用卫星观测资料反演地表反射率中的应用．     

SOLAR RADIATION AT GROUND IN EAST-ASIA FROM DATA OF THE GEOSTATIONARY SATELLITE GMS

A method(Rieland,1985)has been modified to determine the downward solar radiation at ground overEast Asia,using GMS-3 data of the satellite with a spatial resolution of 10×10 krn~2 and a time interval of 3hours.The distributions of the monthly mean global radiation are obtained for January,April,July and Octoberof 1985.These results illustrate that the topography effect of the Tibetan Plateau is not negligible.The valuesof global radiation over the high Tibetan Plateau during all seasons are higher than those in the lower-levelsurroundings.By comparing model results with ground observed data, the relative errors in monthly averagesof global radiation are 2.8％ for clear sky and 6.3％,5.3％,5.0％ and 4.5％ for cloudy sky in January,April,July and October,respectively.The relative error in daily global radiation during the snow-free season is lessthan 20％ and larger than 20％ in snow-covered winter.We,however,had no data for these comparisons whichwere measured directly at the Plateau during the year 1985.     

沈阳地区对流层顶气候特征分析

对1977～1992年1,4,7,10月沈阳第一和第二对流层顶月平均高度和温度数据进行分析。结果表明:沈阳是以第一对流层顶为主的地区,第二对流层顶只有夏季发生频率较高;第一对流层顶的高度、温度以及出现频率都表现出明显的季节变化特征,其中高度在1月最低,7月最高;温度在3月最低,8月最高。第二对流层顶高度的季节变化表现为冬春季高、夏秋季低。温度表现为冬季高,夏季低。第一对流层顶在各个月份温度都随高度增高而降低,降幅1月最小,7月最大,4月和10月居中。第二对流层顶温度随高度变化只在7月显著递减;第一对流层顶高度在10月显著降低,降幅为453m/10a,其他月份变化趋势不明显。第一对流层顶在7月显著降温,降幅为1·8℃/10a,10月增温显著,升幅为2·0℃/10a。第二对流层顶高度在不同月份都表现出弱升高趋势,但不显著。1月和10月的降温和升温显著,降幅和升幅分别为1·7℃/10a和1·2℃/10a。     

干旱地区大气与地表特征对辐射加热场的影响

本文利用美国犹他大学气象系的辐射和云参数化模式，对ＨＥＩＦＥ期间张掖地区１９９１年春、夏、秋、冬四季资料进行了计算，讨论了晴天条件下的大气状况态地表反射率与地表比辐射率等因子对地气系统的太阳辐射收支以及短波加热率与长波冷却率分布的影响；揭示了不同季节的整层大气反射、透过与吸收特征，分析了大气中各主要吸收成分对加热率与冷却率的贡献，同时就辐射模式的垂直分辨率对加热率与冷却率的影响亦作了讨论。     

The Regional Surface Heating Field over the Heterogeneous Landscape of the Tibetan Plateau Using MODIS and In-Situ Data

In this study,a parameterization scheme based on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data and in-situ data was tested for deriving the regional surface heating field over a heterogeneous landscape.As a case study,the methodology was applied to the whole Tibetan Plateau (TP) area.Four images of MODIS data (i.e.,30 January 2007,15 April 2007,1 August 2007,and 25 October 2007) were used in this study for comparison among winter,spring,summer,and autumn.The results were validated using the observations measured at the stations of the Tibetan Observation and Research Platform (TORP).The results show the following:(1) The derived surface heating field for the TP area was in good accord with the land-surface status,showing a wide range of values due to the strong contrast of surface features in the area.(2) The derived surface heating field for the TP was very close to the field measurements (observations).The APD (absolute percent difference) between the derived results and the field observations was <10%.(3) The mean surface heating field over the TP increased from January to April to August,and decreased in October.Therefore,the reasonable regional distribution of the surface heating field over a heterogeneous landscape can be obtained using this methodology.The limitations and further improvement of this method are also discussed.     

成都东北部地区太阳辐射特征分析

该文利用2018年1月—12月成都东北部地区的太阳辐射观测资料,分析了辐射能量的收支状况和特征。结果表明:成都东北部地区各辐射分量(除净长波辐射)均是夏季最强,冬季最弱,最大值出现在8月。净长波辐射春季最强,秋季最弱,与空气相对湿度、气温日较差分别成负相关、正相关。净全辐射白天为正值,晚上为负值。成都东北部地区全年有10.7%的太阳短波辐射被地表反射,接收的太阳短波辐射有29.36%被地表以长波辐射的方式释放到大气,对地气系统能量收支的贡献为61.18%。     

广州市雷暴日异常的基本气候特征及其与近海海温关系初探

以低纬高原城市昆明为研究对象，利用城市区域内4月、8月、12月的太阳辐射观测资料，对城市区域内不同下垫面性质和位置差异的辐射平衡特征和变化规律进行了研究。结果表明：昆明地区4月的太阳辐射各分量均较高，而多云天气的8月太阳辐射分量较小；屋顶的总辐射量和净辐射量均维持较高的数值，而受周围环境、建筑物遮蔽等影响的草地和球场则数值变化较大；随时间和下垫面的不同，反射辐射呈现较大差异；有效辐射则在多云天的8月呈现较小值(分配率趋于0)。所得结果可为探讨城市气候形成机制及城市气候的深入研究提供依据，并为其它地区的研究提供参考。