积雪覆盖对高寒草甸土壤温湿及地表能量收支的影响

利用青海玛沁微气象观测站降雪过程的观测数据,探讨了积雪覆盖对土壤温度,土壤体积含水量、土壤热通量及地表能量交换的影响。结果表明:积雪覆盖对浅层土壤温度的影响较为显著,而对深层土壤温度的影响十分微弱。地表有积雪覆盖时,浅层土壤温度日平均值升高,日变化幅度减小,日最低值升高,温度梯度绝对值减小。土壤完全冻结状态下土壤体积含水量几乎不受积雪覆盖影响,土壤融化状态下积雪覆盖会导致浅层土壤体积含水量日变化幅度减小,而对深层土壤体积含水量没有影响。积雪覆盖会减小浅层土壤热通量的日变化幅度。在总辐射相同的晴天条件下,当地表有积雪覆盖时,由于积雪的高反照率导致向上短波辐射增加,净辐射减小,同时感热通量减小而潜热通量增加,感热占比(H/Rn)下降,潜热占比(LE/Rn)升高。     

北京城市热岛效应对冬夏季降水的影响研究

利用北京地区20个气象观测站最近30年（1975～2004年）冬季（12～2月）、夏季（6～8月）平均气温、降水量和降水日数资料，研究了城市热岛效应的年代际变化及其对降水的影响。结果表明:（1）最近30年来，北京城区与北部山区之间的温度梯度在明显加大，其中，冬季温度梯度的平均增幅为0.6℃/10 a，夏季约为0.2℃/10 a。（2）在北京城区南北两侧，冬季和夏季的降水日数、降水量的相对变化趋势明显不同:相对区域平均而言，在城区及南部近郊区，冬季降水日数和降水量都在明显增加；夏季，城区北侧的降水日数呈加速增长趋势，尽管南部平原郊区的相对降水日数变化不大，但降水量在相对减少。（3）城市热岛效应对不同季节降水分布的影响，可能是城乡温度梯度与盛行风相互作用的结果，就北京地区而言，地形的存在，强化了城区与北部郊区之间的温度梯度:冬季盛行北风气流，在北部郊区，热岛效应强迫产生的边界层下沉运动有可能造成局地降水天气过程相对减少，城区及其南侧则相反；夏季盛行南风气流，随着城市热岛效应的增强， 发生在北部近郊区的弱降水天气过程趋于增多。     

青藏高原多年冻土区土壤冻融过程对地表能量通量的影响研究北大核心CSCD

利用国家重大科学研究计划项目"青藏高原沙漠化对全球变化的响应"北麓河站2014-2015年陆面过程观测资料,根据5 cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,分析了地表感热通量Hs、潜热通量LE、地表土壤热通量G_0和波文比在不同冻融阶段的季节和日变化特征,并探讨了土壤冻融过程对地表能量及其分配的影响。结果表明,波文比和G_0的季节变化受土壤冻融阶段转变的影响显著,其中土壤完全融化使波文比减小,G_0变为正值;土壤冻结使波文比增大,G_0变为负值。冻结过程对Hs和LE变化趋势的影响不明显,但是使波文比显著增大;融化过程使Hs停止增长并出现减小趋势,使LE增大,从而使波文比显著减小。Hs的日变化在不同冻融阶段差异较小。LE的日变化主要与浅层土壤含水量的大小和日变化有关,其中完全融化和完全冻结阶段土壤含水量的日变化较小,土壤含水量越大,LE越大;在融化过程和冻结过程阶段,土壤含水量的日变化较大,且与R_(net)的日变化相反,限制了LE的增长。在冻结过程阶段,受冻融过程的影响,G_0的日变化小于其他阶段。     

青藏高原多年冻土区土壤冻融过程对地表能量通量的影响研究

利用国家重大科学研究计划项目"青藏高原沙漠化对全球变化的响应"北麓河站2014-2015年陆面过程观测资料,根据5 cm土壤日最高和最低温度将冻土分为融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段,分析了地表感热通量Hs、潜热通量LE、地表土壤热通量G_0和波文比在不同冻融阶段的季节和日变化特征,并探讨了土壤冻融过程对地表能量及其分配的影响。结果表明,波文比和G_0的季节变化受土壤冻融阶段转变的影响显著,其中土壤完全融化使波文比减小,G_0变为正值;土壤冻结使波文比增大,G_0变为负值。冻结过程对Hs和LE变化趋势的影响不明显,但是使波文比显著增大;融化过程使Hs停止增长并出现减小趋势,使LE增大,从而使波文比显著减小。Hs的日变化在不同冻融阶段差异较小。LE的日变化主要与浅层土壤含水量的大小和日变化有关,其中完全融化和完全冻结阶段土壤含水量的日变化较小,土壤含水量越大,LE越大;在融化过程和冻结过程阶段,土壤含水量的日变化较大,且与R_(net)的日变化相反,限制了LE的增长。在冻结过程阶段,受冻融过程的影响,G_0的日变化小于其他阶段。     

渍水麦田土壤水分动态模型研究

根据土壤水分平衡原理，建立了一个反映土壤渍水、可与小麦生长模型耦合的土壤水分动态模型，尤其考虑了因地下水位较浅而引起的毛管上升水量和土壤导水率的变化对土壤含水量的影响。采用盆栽小麦水分试验资料验证了日蒸散量的模拟值，利用湖北荆州农业气象试验站和江苏金坛农业气象试验站的土壤水分历史资料对建立的模型进行了综合测试和验证，结果表明:蒸散量、地下水位和0～50 cm土壤含水量的模拟值与实测值具有较好的一致性，模型能可靠地预测多雨和渍水地区麦田土壤水分的变化动态     

黄土高原典型塬区土壤热性质变化特征研究

利用2014年7月至2015年1月黄土高原地区土壤含水量和土壤热性质观测资料,分析了该区域土壤热性质及其变化特征,并讨论了降水对土壤热性质的影响,结果显示:(1)除10 cm外,各层土壤热扩散率整体上呈现夏季下降,秋季平稳,冬季上升三个阶段,土壤体积比热容和土壤导热率表现为夏季上升,秋季平稳,冬季下降的趋势;100 cm处的土壤热扩散率始终高于40 cm,土壤热扩散率不随土壤深度增加而线性增加。(2)5 cm与10 cm层的土壤热性质均有明显日变化特征,且振幅较大,40 cm与100 cm处的日变化振幅逐渐变小。由于10 cm层土壤含水量的波动最大,该层的土壤热性质变化波动也最大。(3)土壤温度与土壤热扩散率随降水增加而下降,土壤热扩散率下降主要是土壤含水量较高时,土壤导热率与土壤体积比热容变化的幅度不一致所致;土壤体积比热容与土壤导热率随降水量增加而上升,降水主要通过土壤含水量的变化影响土壤热性质。     

西北戈壁区夏季一次降水前后土壤温度变化规律分析

利用简单的土壤热传导方程建立模型,并结合小波变换方法,分析了2004年6月22日～8月18日金塔绿洲附近观测的戈壁土壤温度序列,重点关注地下10 cm的土壤温度变化.结果表明,在观测时段土壤温度除了有明显的日变化外,还存在周期为准4天和准两周的波动.利用滑动相关分析后发现,太阳向下短波辐射强度与土壤温度日变化能量存在显著的正相关,这与利用土壤热传导模型分析土壤日变化振幅年变化的相关研究的结论一致.太阳向下短波辐射强度与准4天周期波动实部分量在降水前后存在负相关关系.比较观测时段土壤温度准4天波动能量与同时期的天空温度,发现准4天波动可能与持续增强的云逆辐射有关.通过分析降水前后土壤温度、土壤含水量的变化,发现二者的日变化在降水后与降水前相比,振幅增大,位相前移.这一结果可以用土壤热扩散率在一定范围内随土壤含水量增大而增大得到解释.最后利用回归分析发现T10的准两周波动可能与更大范围的大气环流场异常有关.     

黄土高原降水对土壤含水量和导热率的影响

基于局地降水是引起黄土高原塬区土壤含水量变化的主要原因,利用黄土高原白庙塬区20052010年观测的土壤含水量和降水资料以及2012年夏季观测的土壤温度和含水量资料,分析了土壤含水量、导热率与降水的相关关系,重点分析了10.0,20.0和40.0 cm土壤含水量的蓄积以及20.0 cm土壤含水量与前期总有效降水的响应。结果表明:(1)不同深度土壤含水量的月变化比较一致,其中降水对5.0 cm土壤含水量的正强迫作用最为显著;(2)10.0 cm和40.0 cm土壤含水量年变化存在两个峰值,分别在3 5月和8 10月;(3)土壤含水量和前期总有效降水的拟合效果在夏季最好,二者在20.0 cm土壤层的相关系数达到0.84,高于其他观测层;(4)在试验前期,土壤含水量迅速增加使得土壤导热率明显升高。持续观测发现虽然土壤导热率会随着降水出现波动,但整体的相关性并不高,没有明显规律。     

陕西及我国东部区域气候变化研究

利用我国500多年旱涝资料，分析陕西及其东部区域历史上发生的旱涝周期及气候突变，发现陕西旱涝存在22年、169年左右的变化周期，陕西1645年左右发生过气候突变，分别比华北地区早6～7年，比华东地区早40～50年。同时分析近50年气候资料发现，陕西及东部地区降水均存在着一定的周期变化，且变化有所差异。定义了陕北区域旱涝指数，在未来十年，陕北地区旱涝变化趋势是正常偏旱。     

烟台市蒸发量变化趋势及影响因子

利用烟台市1971—2010年蒸发量、气温、日照、降水和总云量资料,采用线性回归、相关分析、小波分析、逐步回归方法,对蒸发量变化趋势及其影响因子进行分析。结果表明,烟台年蒸发量存在2～3年的主周期和4～8、8～12年的次周期变化,春季、夏季、秋季和冬季蒸发量分别存在3～5、5～7、7～11和2～4年的周期变化。平均相对湿度的增加和日照时数的减少是蒸发量减少的主要原因,而影响各季节蒸发量变化的气象因子各有不同。日照时数和总云量是影响夏秋季节蒸发量变化的最主要因子,秋冬季节的蒸发量主要受平均相对湿度、日照时数和总云量的共同影响。     

1997/1998年青藏高原西部地区辐射平衡各分量变化特征

利用中日亚洲季风机制研究计划1997年9月~1998年10月在青藏高原西部改则和狮泉河2个站点自动气象站辐射平衡的观测资料,分析了高原西部2个地区辐射平衡各分量在不同季节的季节平均日变化和年变化特征,并且还与1979年5~8月第一次青藏高原气象科学实验的辐射观测资料和1982,1983年青藏高原辐射平衡观测实验的结果进行了比较分析。结果发现:高原西部辐射平衡各分量的变化不仅有季节之间和年际的差异,高原西部的不同地区之间的变化也有较大的差异:(1)总辐射在春夏两季相差很小,改则春季(3~5月平均)日变化的极大值甚至比夏季(6~8月平均)还大;(2)地表反照率的年际变化及两地之间的差异均可能较大;(3)大气逆辐射日变化、年变化特征与其他辐射分量明显不同,其日变化、年变化的位相均晚于其他分量;(4)两地之间地面辐射平衡的年变化似乎有一个位相差,改则的月平均最大值和最小值均较狮泉河晚了约1个月,因此从冬季到夏季的大部分时间里,改则的地面辐射平衡是小于狮泉河的,而在从夏季到冬季的大部分时间里,改则是大于狮泉河的。     

黑河流域土壤参数修正及其对大气要素模拟的影响

根据Cosby等1984年总结的土壤特征参数计算方法和基于黑河流域53个土壤剖面数据,得到对应于美国农业土壤分类标准的黑河流域6类土壤的平均粘、砂含量,计算了黑河流域各类土壤的特征参数,分别采用Cosby等计算的土壤参数以及黑河土壤剖面数据计算的土壤参数,运用耦合了NOAH陆面过程模型的大气中尺度模式(Mesoscale Model version 5,MM5)模拟土壤参数变化对黑河流域中上游大气要素模拟的影响。结果显示:b参数和饱和导水率改变对局地能量变化影响很大,饱和土壤水势以及孔隙度对局地水分传输变化影响较大。特征参数变化引起的温度场变化位于砂质土壤和粉壤土覆盖范围,而湿度相关要素场变化则主要位于中游绿洲粉壤土、粉土覆盖区。通过与观测值的比较发现,除阿拉善右旗外,使用Heihe数组土壤参数后模拟的气温、湿度及风场都有一定改进。     

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。     

土壤温湿异常对短期气候影响的数值模拟试验

本文介绍了用IAP气候模式进行关于土壤温度异常和土壤湿度异常的敏感性试验研究,异常区域都取在中国范围内。其中关于土壤温度异常的影响,我们进行了初值异常和固定异常两种试验,而对土壤湿度异常的影响则进行了初始异常的试验。结果表明,土壤温度的初始异常一天以后基本消失,而固定的土壤温度异常和土壤湿度的初始异常对短期(一个月左右)气候有明显影响。土壤温度的影响主要在异常区内及其南部相邻区域,土壤湿度异常的影响则可以以长波波列形式向外传播到很远距离处。     

青藏高原地气耦合系统及其天气气候效应:第三次青藏高原大气科学试验

由于青藏高原（简称高原）是影响中国极端天气和气候事件的关键区,对天气、气候预报有重要影响。因此,中国气象局、国家自然科学基金委员会、中国科学院共同推动了"第三次青藏高原大气科学试验（TIPEX-Ⅲ）"工作。自2013年的预试验开始,TIPEX-Ⅲ在高原西部狮泉河、改则和申扎新建全自动探空系统,填补了高原西部缺少常规探空站的空白;在高原中、西部建成土壤温、湿度观测网;实施了高原尺度和那曲区域尺度的边界层观测,那曲多型雷达和机载设备的云降水物理特征综合观测,高原多站的对流层-平流层大气成分观测。在研究成果方面,项目结果指出,在高原中、西部草原、草甸和裸土下垫面状况下地表热量湍流交换系数和感热通量明显低于过去较早的估计值;高原主体的对流云活动主要不是来自南亚季风区的向北传播,而可能是局地发展所致;揭示出那曲对流云日变化特征、云宏微观特征以及云中水不同相态之间的转化机制,提出了夏季高原加热在维持亚洲大气"水塔"中的作用,以及高原加热对亚洲、非洲、北美洲气候的调节作用。在数值预报模式中,Γ分布比M-P分布更适合于高原雨滴谱特征,通过改进高原热传导过程参数化方案可以降低模式中高估的地表感热,并提升模式对中国中、东部雨带的模拟能力;此外,考虑青藏高原关键区信号可以提升中国中、东部降水的预报技巧。TIPEX-Ⅲ还带动了地面和高空常规观测、天气业务雷达和风廓线雷达等观测数据加工处理业务技术的发展,提升了中国国家级土壤湿度、水汽含量等遥感产品和高分辨率多源降水融合产品的质量,促进了气象监测、预报和数据共享业务的发展。      

CLM3.0模式中冻土过程参数化的改进及模拟试验

对NCAR CLM3.0(Community Land Model)的冻土过程参数化进行了改进.根据平衡态的热力学关系和考虑含冰量的土壤基质势的经验公式定义了冰点下的最大液态水含量,超过最大液态水含量的部分冻结为冰,并在水导率的计算中加入了冰的阻挡作用.利用青藏高原改则站2003年4月1日至2004年12月31日的观测...     

青藏高原单点地气交换过程的模拟试验

利用GAME-Tibet 1998 IOPs的外场观测资料,采用单点陆面过程气柱模式CLSM对青藏高原的昌都(Amdo)站和改则(Gaize)站的地气交换过程进行了模拟试验,模拟结果与观测分析的对比表明：模式对两个站陆面特征的变化和陆气之间的交换给出了比较合理的模拟结果,模拟结果与观测结果较一致。这在一定程度上表明,CLSM模式具有描述夏季高原地区两种不同下垫面陆面状况基本过程的能力。     

1981—2010年黑龙江省夏季土壤湿度演变特征

利用1981—2010年黑龙江省土壤湿度数据,以富锦县、龙江县、双城县、黑河市、海伦县和宁安县为代表站点,分析黑龙江省东、西、南、北部和中部及牡丹江半山区各区域夏季（7—8月）0—50 cm土层土壤湿度的趋势变化和干湿变化,并采用Mann-Kendall法对土壤湿度变化趋势进行显著性和突变点检验。结果表明：夏季0—50 cm土层,黑河市、海伦县和龙江县土壤湿度在30 a间均有不同程度下降,尤其是西部的龙江县土壤湿度下降剧烈;而东部富锦县、南部的双城县和牡丹江半山区的宁安县土壤湿度无明显下降趋势。Mann-Kendall检验结果：近30 a中,黑龙江省夏季0—50 cm土层北部、西部和中部的黑河市、龙江县及海伦县土壤湿度下降趋势显著,并出现了突变区域,表明黑河地区、松嫩平原的西部和北部夏季土壤湿度的干旱化趋势和程度均越来越明显。黑龙江省中西部夏季土壤湿度年际间的下降可能与气候条件及土壤理化性质的改变等因素密切相关。     

河西地区非均匀下垫面的大气变性过程

利用ＨＥＩＦＥ野外观测资料，分析了河西地区黑河流域夏半年下面动力和热力特性的不均匀 ；并以个别具有一定代表性的晴天观测资料为例，客观地分析了绿洲与沙漠或戈壁下垫面突变所产生的近地层大气变性过程；初步解释发绿洲近地层逆温和沙漠或戈壁近地层逆湿的形成机制，同时也讨论了绿洲和沙的水汽输送过程。     

利用区域尺度气象模式模拟黑河地区地表能量通量的研究

应用中尺度区域模式RAMS (the regional atmospheric model system), 在40余组不同参数的条件下模拟中国干旱半干旱黑河地区的地表能量通量和土壤温度特征, 并以此探索模式在干旱半干旱地区的适用性。为了证明模拟结果的准确性和模式的稳定性, 模拟连续运行30天, 其中包含晴好和阴雨的天气过程。模拟结果表明: 即使使用较为可靠的NECP再分析气压层资料和实地探测资料, 进行初始场和参数的输入, RAMS的默认设置也很难较为合理地反演出地表能量通量, 只有合理地调整好其土壤特征参数, RAMS才能得到与实测资料符合得较好的结果。土壤特征参数对模拟结果影响较大, 影响因子的重要性依次为: 土壤含水量、 土壤层总厚度、 土壤温度。