1960-2005年京津冀地区地表太阳辐射变化及成因分析

利用1960—2005年京津冀地区的地面太阳辐射资料,综合分析了该地区45年太阳辐射的分布状况和变化趋势,并结合云量、降水量、气溶胶光学厚度和大气含水量,分析了该地区太阳辐射的变化原因。结果表明:(1)京津冀地区的太阳辐射并没有出现20世纪80年代末到90年代中期的"变亮"现象;同期冬、春季总辐射下降,夏、秋季上升;(2)在1985—1997年间,依据总辐射变化情况,京津冀地区被分为截然相反的两个区域:东部地区总辐射增加,倾向率为1.016 MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;西部地区总辐射减少,倾向率为10.092MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;(3)总辐射增加的区域,主要是由于云量减少、降水量减少所伴随的日照时数增加以及气溶胶光学厚度降低所造成的;(4)总辐射减少的区域,云量、气溶胶光学厚度和降水量变化并不显著,总辐射持续减少。     

近50年来鄂尔多斯地面太阳辐射的变化及与相关气象要素的联系

根据部分气象台站1961-2006年期间的观测资料, 分析了鄂尔多斯高原地面太阳辐射的年变化和年际变化特征, 也联系该地区云量、 降雨日数、 能见度、 沙尘暴日数和相对湿度等相关气象要素的资料的变化, 分析了该地区太阳辐射变化的可能原因以及这些变化对该地区太阳能资源利用的影响。结果表明： 鄂尔多斯高原地面太阳辐射的年变化与该地区天文辐射的变化基本一致, 夏季的云量对太阳辐射的削弱作用最强, 春季的沙尘气溶胶和较多的中高云量使该地区散射辐射的比例明显增加, 而直接辐射的比例明显减少; 近46年鄂尔多斯高原的地面太阳辐射量和直射比均呈总体减少的趋势, 但在1992年以后略微增加\.因太阳辐射变化的原因十分复杂, 进一步更深入的研究是需要的。     

柽柳灌丛热量收支特性与蒸散研究

Bowen能量平衡法是广泛用于测定各种低矮植物蒸散的常用方法。本文将改进的波文比—能量观测系统用于测定灌木柽柳群落的测定，通过6～9月对感热通量、潜热通量、土壤热通量等的测定，计算出额济纳地区柽柳灌丛(6～9月)的蒸散量为335．31mm；在8月潜热通量占能量支出量的62．85％，感热通量占32．85％，土壤热通量占4．44％。在日变化中，潜热在上午大于感热，下午感热交换大于潜热。     

过去60年中国秦岭地区云量变化及原因分析

利用近50年秦岭地区高山站及邻近2个地面站的气象资料、季风指数及海温资料,初步分析了云量的变化特征和原因,结果表明:(1)秦岭地区云量变化呈减少趋势,其中华山站(高山)、华县和西安站(平原)夜间的低云量分别为-1.74%·(10a)-1,-1.56%·(10a)-1和-4.23%·(10a)-1,白天的分别为-0.73%·(10a)-1,-1.94%·(10a)-1和-4.62%·(10a)-1;(2)夜间高山站总云量比平原站减少的多(-1%·(10a)-1),白天减少的少(<-0.6%·(10a)-1);(3)高山站和平原站四季的低云量都是减少的,除了平原站夏季总云量是增加的外,其他季节均减少。云量变化的主要原因是:(1)局地气溶胶冷却作用,导致地面接收太阳辐射减少,使局地对流减弱,造成低云量减少;(2)由于西太平洋副热带高压面积增大,使秦岭地区总云量减少。     

白洋淀水陆不均匀地区能量平衡特征分析

应用2005年9月在河北白洋淀地区进行的大气边界层综合观测实验资料, 对水陆不均匀地表条件下的白洋淀地区陆地的能量平衡特征进行了分析。结果表明: (1) 该地区存在能量不闭合现象。涡动相关法得到的感热、 潜热之和仅为有效能的75%, 其中涡动相关法得到的潜热通量为Bowen比法得到的潜热通量的70%, 而涡动相关法得到的感热通量为Bowen比法得到的感热通量的77% 。 (2) 地表潜热通量和感热通量随着净辐射的变化而变化。但潜热通量明显比感热通量大, 净辐射主要消耗于地表的水汽蒸发。 (3) 该地区白天的Bowen比平均在-0.4~0.4之间, 总体平均为0.131。受天气条件影响较大, 有明显的日变化, 午后15:00以后近地面层会出现逆温, Bowen比变为负值。 (4) 能量闭合程度有一定的日变化, 随着太阳高度角的增大而增大。     

中国南方地表感热通量的时空变化

利用测站常规观测资料及经验公式计算得到我国南方地区地表感热通量资料,并分析了地表感热通量的时空变化特征。一年四季中,南方西部地区的感热通量基本都是呈线性增加趋势,而中、东部地区的感热通量则是线性减小的;南方地区感热通量的时间变化以年际变化为主。地气温差是决定地表感热通量逐年变化的最主要因子,近地面风速次之。地表感热通量年际分量的经验正交函数分解结果表明,四季感热通量异常的第一种主要变异模态皆为全区同号的分布型,而第二主要变异模则是呈东西反号的分布型。      

2001～2010年中国区域土地利用/覆盖变化对陆面过程影响的模拟研究

基于2001年和2010年中分辨率成像光谱仪MODIS（MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer）土地覆盖数据,利用公共陆面模式（Community Land Model, CLM）模拟真实的土地利用/覆盖变化（Land Use/Cover Change, LUCC）对地表能量平衡和水分循环过程的影响。研究表明:1）在2001～2010年,中国LUCC最明显的区域位于干旱半干旱区过渡带、半干旱半湿润区过渡带和南方地区;中国区域荒漠减少0.92%,草地减少0.01%,农田增加0.77%,森林增加2.86%,植被覆盖度整体增加。2）在2001年和2010年两种土地利用/覆盖背景下,LUCC使大部分地区感热通量增加,植被蒸腾、蒸发潜热通量增加,土壤表面蒸发潜热通量减小。3）LUCC使大部分地区地表径流减小;中国西北东部、华北和东北地区土壤湿度减小,其他地区土壤湿度增加,仅干旱半干旱过渡带上的土壤湿度发生了显著变化。4）当典型过渡带区域由荒漠变为草地后,感热通量增加1.11 W m?2,潜热通量增加0.14 W m?2;冠层蒸腾和蒸发分别增加0.039 mm d?1、0.009 mm d?1。土壤湿度平均减小0.01 m3 m?3,且随深度增加变干更明显,这是由于根系吸收了较多深层土壤水分,以满足植被显著增加的蒸腾而产生的结果。当草地变为灌木时,其能量通量和水分循环的变化与上述结果类似。     

南海地区热通量的时空变化特征

本文利用美国 NCEP1958-1998 年高斯网格月平均再分析资料,分析了南海及周边地区(0～20°N,100～125°E)热通量(包括潜热通量和感热通量)的时空变化,结果表明该潜热通量、感热通量具有明显的季节转换特征.南海中部海区是潜热通量、感热通量季节变化最剧烈的关键区,南海季风对潜热、感热输送均有影响,并且蒸发潜热输送大于感热输送.EOF 分析表明,风速对潜热、感热输送贡献较大,另外气温和相对湿度对潜热输送有贡献,而水温与气温差对感热输送有贡献.整个南海地区潜热通量、感热通量具有明显的年际变化特征,潜热通量存在5～8 a 以及 2 a 左右的周期振动,而感热通量只有 5～8 a 的周期振动.     

青藏高原中东部地区地表感热通量的时空变化特征

基于1970—2015年青藏高原地区78个站点的观测资料,应用物理方法计算了高原中东部地区的感热通量。利用小波分析、相关性分析等研究了高原中东部感热通量的时空特征和影响因子。结果表明,高原年平均和春夏季节,感热通量周期为3~4 a,而秋冬季节为2~3 a;感热通量的变化趋势为,1970—1980年和2001—2015年感热通量呈增加趋势,而1981—2000年呈减小趋势;高原年平均和各季节的最强感热加热中心均位于高原南坡E区（除冬季外),最弱加热区域位于高原西北部A区（夏季除外);高原春秋季节感热通量的空间分布均匀,冬夏季节有明显的梯度分布且梯度相反,夏季呈现自东到西的梯度;春季、夏季及秋季,高原感热通量和降水呈负相关;高原10 m风速的极值中心随季节北上南撤变化与地气温差的强弱变化共同决定了感热通量的季节变化。     

玛曲高寒草甸地表辐射与能量收支的季节变化

利用中国科学院黄河源区气候与环境综合观测研究站2010年观测资料,分析了玛曲高寒草甸地表辐射与能量收支的季节特征。结果表明:玛曲高寒草甸入射太阳辐射与净辐射年累积量分别为6482.2和2577.2MJ.m-2.a-1;年平均地表反照率为0.25,生长期平均地表反照率为0.22;全年入射太阳辐射的38%转换为地表长波辐射,明显高于低海拔地区的草地;净辐射占入射太阳辐射的38%,低于全球以及低海拔地区的草地;在冻结期,感热通量占净辐射的93%,在生长期,潜热通量占净辐射的62%。     

STUDY ON AIR-SEA HEAT EXCHANGE MECHANISM IN EL NINO AND LA NINA EVENTS

2°×2° mean monthly COADS grid data in 1974 and 1987 of E1 Nino and La Nina years are used to compute thesensible and latent heat fluxes,the net longwave radiation,the incident solar radiation and heat budget on the tropicalPacific surface(30°S—30°N).The difference of the heat budget between El Nino and La Nina mainly occurred on theequatorial ocean surface,especially the water area west of Ecuador and Peru.During El Nino,the sensible and latentheat exchange increased,the net longwave radiation and incident solar radiation decreased and the net gain(loss) of heatreduced(increased) on the ocean surface.During La Nina,the circumstances were opposite.Finally an ideal model ofair-sea heat exchange mechanism for the El Nino-La Nina cycle is summarized. Key words:El Nino,La Nina,air-sea heat exchange,COADS grid data     

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.     

藏东南峡谷地区不同下垫面地表通量变化特征及其与降水的关系

利用藏东南峡谷地区排龙站、丹卡站、卡布站、墨脱站四个站点2018年11月至2019年10月的涡动协方差仪观测资料,分析藏东南峡谷地区不同位置入口、中段和末端地表通量变化的特征及其与局地降水的关系.研究表明:地表通量月平均日变化特征为夜间潜热通量大于感热通量,日间呈单峰变化特征.排龙站和丹卡站感热11月至次年4月较强,5...     

A STUDY OF CLIMATOLOGICAL ASPECTS OF FLOW FIELD AND HEAT EXCHANGE ON TROPICAL PACIFIC SURFACE IN THE EL NINO AND LA NINA EVENTS

In this paper, based on the 2°× 2° grid data COADS from 1950—1987 the flow field and heatexchange anomalies on the tropical (11°S—11°N, 120°E—80°W) Pacific surface (TPS) are studiedin El Nino and La Nina events. During E1 Nino, the zonal pressure gradient and the trade windsdecrease on the TPS, the tropical convergence strengthens on the TPS, especially on the centralTPS, the sensible and latent heat exchanges increase, the net longwave radiation and incident solarradiation decrease and the net gain (loss) of heat reduces (increases) on the central and easternTPS. During La Nina the results turn out the contrary. Finally, two feedback mechanisms whichinclude the dynamic, thermal and hydrological processes during E1 Nino and La Nina are summa-rized and a conceptive model for El Nino-La Nina cycle is given.     

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。     

东亚夏季风边缘摆动区陆面能量时空分布规律及其与气候环境的关系

东亚夏季风边缘摆动区既是气候敏感区,也是生态脆弱区和农牧交错带,其特殊陆面能量空间分布格局和演变特征对理解该区域天气和气候变化有重要意义。然而受限于陆面观测资料缺乏,对这部分陆面特征的认识仍非常有限。通过对34 a陆面模拟集成产品的分析,发现夏季风边缘摆动区内潜热和感热通量在空间上表现出明显的过渡特征,由摆动区外的相对均衡状态进入到摆动区内的“突变转换”;陆面能量平衡具有明显的区域特征,能量平衡各分量在纬向和经向都表现出了“阶梯型”的变化。就演变而言,区域平均感热和潜热没有表现出规律性的递减或递增趋势,波动幅度在±20%以内,但在20世纪末存在一个较为明显的摆动相位转换:1997年之前夏季风边缘摆动区夏季风相对活跃,潜热通量总体高于其气候值而感热通量则低于其气候值,之后出现了相反的现象。此外,区内感热和潜热通量对气候环境干湿性质非常敏感,两者存在明显的线性关系。      

Modes of variability of global sea surface temperature,free atmosphere temperature and oceanic surface energy flux

Monthly mean sea surface temperature (SST), free air temperature from satellite microwave sounding units (MSU) and oceanic surface energy fluxes are subjected to empirical orthogonal function (EOF) analysis for a common decade to investigate the physical relationships involved. The first seasonal modes of surface solar energy flux and SST show similar inter-hemispheric patterns with an annual cycle. Solar flux appears to control this pattern of SST. The first seasonal mode of MSU is similar with, additionally, land-sea differences; MSU is apparently partly controlled by absorption of solar near-infrared radiation and partly by sensible heat from the land surface. The second and third seasonal eigenvector of SST and solar flux exhibit semi-annual oscillations associated with a pattern of cloudiness in the subtropics accompanying the translation of the Hadley cell rising motion between the hemispheres. The second seasonal mode of MSU is dominated by an El Niño signal. The first nonseasonal EOFs of SST and solar flux exhibit El Niño characteristics with the solar pattern being governed by west-to-east translation of a Walker cell type pattern. The first non-seasonal EOF of MSU shows a tropical strip pattern for the El Niño mode, which is well correlated with the latent heat fluxes in the tropical east Pacific but not in the tropical west Pacific. Two possible explanations are: an increase in subsidence throughout the tropical strip driven by extra evaporation in the tropical east Pacific and consequent additional latent heat liberation; a decrease of meridional heat flux out of the tropics.     

Modelling of cloud formation due to air-sea interactions in an energy-active zone

A mesoscale 3D numerical model is described, with which detailed calculations have been made of turbulence and wind characteristics in the atmospheric boundary layer (ABL), as well as cloud particle size distribution, longwave and solar radiation fluxes and flux divergences, and atmosphere-ocean heat exchange. Based on numerical experiments simulating winter conditions of the Newfoundland energy-active zone of the ocean (EAZO), atmosphere-ocean energy exchange is investigated. It is shown that the basic mechanisms for the EAZO formation involve the following processes: (i) at the hydrological front between cold and warm ocean currents, the fluxes of sensible and latent heat grow significantly; (ii) at this front, in a particular synoptic situation, overcast low-level cloudiness forms, screening solar radiation so that in winter, the radiation budget at the front is reduced, and the radiative flux into the ocean is less than the energy release to the atmosphere; (iii) frequent occurrence of such synoptic situations with cloudiness decreases the oceanic enthalpy and creates negative SST anomalies. The transport of these anomalies by currents to the western coasts of the continents causes anomalies of weather and climate.     

西太平洋热带海域动量、感热和潜热等湍流通量的观测研究

本文根据中国科学院“实验3号”科学考察船1986年10月至12月在菲律宾以东60多万平方公里辽阔的西太平洋热带海域6个连续测站上(146°E,0°;145°E,0°;150°E,0°;140°E,5°N;145°E,5°N;150°E,5°N),使用我国自行研制的小型系留气艇探测系统观测到的大气温度、湿度、气压和风等廓线资料,利用相似理论的通量-廓线关系,给出这一海域的动量通量(特别是曳力系数C_D)、感热通量和潜热通量。结果表明,这一海域上的曳力系数值C_D=(1.53±0.25)×10~(-3);该海域总是将其贮存的热量以感热形式特别是以潜热形式输送到大气中(其中感热输送仅占10％,其余主要为水汽潜热输送),使该海域成为地球上不可多见的热源。     

卫星遥感结合地面观测估算非均匀地表区域能量通量

卫星遥感在研究非均匀陆面上地－气间能量和水循环过程时有其独到的作用。文中介绍了一种利用ＬＡＮＤＳＡＴＴＭ资料进行非均匀陆面上区域能量平衡研究的参数化方案。并以夏季和深秋两个景的ＴＭ资料为个例,结合“黑河实验”（ＨＥＩＦＥ）期间的地面观测资料分析了实验区非均匀陆面上地表特征参数及能量平衡各分量的区域分布及季节差异,同时将所得的结果与地面观测的“真值”作了比较,所得的这些结果是基本可信的。这种方法仍然处于发展的初始阶段,对此也进行了讨论。