那曲高寒草地长时间地面热源特征及其气候影响因子分析

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站2002—2015年自动气象塔(AWS_Tower)和2011—2014年涡动相关系统(EC)的观测资料,基于地表能量平衡组合法和涡动相关法计算那曲高寒草地下垫面湍流通量。利用涡动相关法对地表能量平衡组合法计算的感热通量、潜热通量进行校正,并将校正规律外推得到一个长时间连续的地表通量序列,分析那曲高寒草地下垫面感热通量、潜热通量的长时间变化特征以及地面热源与气候影响因子的关系。结果表明,该序列地表能量闭合度在春、夏、秋以及全年接近1,而冬季辐射观测值偏小导致能量闭合度正偏差较大为1. 34。近14年中,感热通量在年际变化上呈上升趋势;潜热通量呈显著减弱趋势,造成地面热源呈减弱趋势。地面热源与风速、地表温度、土壤湿度以及净辐射通量资料的关系显著。其中地面热源全年对净辐射通量响应显著,对地表温度在春、秋以及冬季响应显著,与土壤湿度在春、夏以及秋季响应明显,与风速在春季响应特征较为突出。季节变化上,感热通量在4月达到全年最大值,在7月为最小值;潜热通量在7月为全年最大值,在1月为最小值。     

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。     

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。     

黄淮海平原典型冬小麦农田生态系统能量平衡研究—以封丘地区为例

本文以位于黄淮海平原的中科院封丘农业生态试验站冬小麦农田生态系统为研究对象,基于2013年10月至2014年6月涡度相关和自动气象站观测资料,利用涡度相关法和相关性分析法对黄淮海平原典型冬小麦各生育期的能量平衡特征进行了分析,揭示冬小麦农田环境气象要素与各分支通量之间的相关关系。结果表明:黄淮海平原典型冬小麦各生育期能量分配的特征不同,出苗期潜热仅占净辐射的40%,拔节期和抽穗期潜热占净辐射的比重均高达80%以上,其他生育期潜热占净辐射的比重均为55%以上。播种期和出苗期显热通量占净辐射的比重最大,均可达50%以上;分蘖期及其后生育期显热通量占净辐射的比重均为35%及以下,拔节期和抽穗期显热通量占净辐射的比重最小,仅为10%左右;随着冬小麦的生长,显热通量占净辐射的比重基本呈下降的趋势。冬小麦各生育期土壤热通量的区别不明显,越冬期土壤热通量占净辐射的比例为15%,其余各生育期土壤热通量占总能量的比例均为10%以下。冬小麦各生育期的能量闭和度均较高,出苗期能量闭合度为83%,分蘖期能量闭合度为90%,返青期以后生育期的能量闭合度均为90%及以上。2013—2014年封丘地区冬小麦各生育期气温与各通量之间呈正相关关系,相对湿度与各通量之间呈负相关关系;冬小麦生育期土壤温度与土壤热通量之间的相关系数为0.5左右,土壤温度与净辐射、潜热、显热之间无显著相关性;土壤含水量在冬小麦播种期、返青期与各通量的相关系数均为-0.5,其他生育期土壤含水量与各通量无明显相关性。     

青藏高原湿地土壤冻结、融化期间的陆面过程特征

利用青藏高原中部玉树隆宝湿地2015年7月-2016年7月的观测资料,分析了土壤冻结、融化前后土壤温、湿度和地表能量收支特征,结果表明：冻土持续时期为12月至次年4月,深层土壤的冻结较浅层土壤滞后,融化过程快于冻结过程,5-40 cm土壤全部冻结历时51 d,全部融化历时19 d。土壤体积含水量年变化幅度达0.6 m³/m³。冻结过程5-40 cm土壤体积含水量下降,融化过程5-10 cm土壤体积含水量升高。土壤冻结之后,感热通量白天的值升高,潜热通量白天的值降低,净辐射和土壤热通量均降低,土壤热通量日变化幅度增大。土壤融化之后,潜热通量、净辐射和土壤热通量白天的值升高。地表反照率、鲍恩比、土壤热导率和土壤热扩散率冻结后增大融化后减小,土壤热容量冻结后减小融化后增大。     

用微气象方法估算淮河流域能量平衡（HUBEX／IOPl998／99）的统计分析和比较研究

利用1998和1999年HUBEX强化观测期在安徽寿县用微气象方法(波比-能量平衡法和涡度相关法)观测的资料，分析了该地区的能量平衡特征，同时与其他地区的结果进行了初步比较，结果表明：(1)用涡度相关方法测定的感热和潜热之和(H E)ec与下垫面有效能量(Rn-G)的一致性比较好，但用波比方法估算的潜热通量Ebr比用涡度相关法测定的潜热通量Eec略高(约10％)。(2)大部分净辐射能用于了地表蒸发，1998和1999年，净辐射通旦的平均日总量分别是13．89MJm^-2d-1和11．83MJ m^-2 d^-1；两年的平均波比分别是0．14(杂草)和0．06(稻田)。(3)波比在日出和日落时数值大且不稳定，白天比较小且比较稳定，另外，1999年在稻田上观测到明显的局地平流现象。(4)通过与我国其他地区的观测资料比较，淮河流域稻田的波比最小(0．06)，在内蒙古草原观测的波比值最大(0．57)。波比值的大小主要与土壤水分有关。     

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.     

太湖蒸发量对未来气候变化响应的初步模拟分析

与深水湖泊相比,太湖等浅水湖泊更容易发生富营养化和水资源危机,且对气候变化的响应更为敏锐。本文利用气候模式产品数据驱动CLM4-LISSS湖泊陆面过程模型,模拟分析未来(2010—2100年)RCP2.6、RCP4.5、以及RCP8.5不同温室气体排放情景下太湖蒸发量的变化特征及其影响因子。结果表明:(1)CLM4-LISSS模型湖表温度的观测值与模拟值的相关系数为0.94,均方根误差为0.85℃,准确的湖表气温模拟使得通量的结果也比较准确,潜热模拟与观测的相关系数在0.78,均方根误差为55.32 W·m~(-2);(2)2010—2100年,三种不同温室气体排放情景下太湖蒸发都呈现增加的趋势,但增量比例不同,RCP2.6,RCP4.5和RCP8.5情景下,蒸发量每10 a增加量分别为23.7 mm,29.2 mm和34.5 mm。蒸发量的增加速率随着辐射强迫的增加而增大,其变化主要受风速与水汽压差的乘积的影响。     

青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析

利用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)”中那曲地区BJ站2002年8月1日\_2003年8月31日的观测资料作为水热耦合模式(Simultaneous Heat and Water, SHAW)的强迫场,对青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征进行了单点模拟研究。通过对实测值与模拟结果的对比分析,发现SHAW模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征, 短波净辐射和长波净辐射的模拟值与观测值吻合较好, 净辐射和土壤热通量在夏半年的模拟值与观测值也吻合,但相对夏\, 秋季而言,它们在冬\, 春季的模拟值较观测值略偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理,由模拟的感热和潜热通量计算的Bowen比能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。     

内蒙古半干旱草原能量物质交换的微气象方法估算

根据1998年5～8月和1999年8月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位试验站进行微气象观测的资料,作者分析了该地区能量平衡及其各分量的基本特征.结果表明:(1)净辐射通量的转化形式有明显的季节性变化,5～6月份,净辐射能大部分用于感热交换,而后期则多用于潜热交换,5～8月份的日波文比值分别为1.26,1.42,0 41和0.20.(2)观测期间,波文比的日变化特征表现为,早晚变化大不稳定,而白天则相对稳定.(3)用涡度相关方法观测的感热和潜热通量之和与同期的净辐射相比较,前者的结果偏小1 5%左右,两种方法观测到的潜热通量的差异达平均35%左右.(4)半干旱草原CO2通量有明显的日变化,在生长旺期,白天CO2通量强度可达到1.5 mg s-1m-2以上,但在生长后期,1998年和1999年8月份的白天CO2通量强度分别为0.38 mg s-1m-2和0.2 mg s-1m-2左右;其差异与草地土壤水分和植物长势有关.     

上海秋冬季地表能量平衡及CO2通量特征分析

利用2012年11月11日至2013年1月20日上海秋冬季涡动相关通量观测资料,对比分析地表能量平衡和CO₂通量在不同天气条件下的日变化特征。结果表明：2012-2013年上海晴天和多云天气条件下,最大能量通量为储热项,其次为感热项;用于蒸发的潜热通量项最小,低于50 w·m^-2。储热项日峰值出现在11时,出现时间早于净辐射通量,而在日落前转为负值。感热项日变化曲线并不以12时为中心呈对称分布,日落后感热项仍为明显正值。中午至日落时波文比值为3以上。感热通量受风向影响最大,在主导风向为西北风时,感热通量日峰值从其他风向的175 w·m^-2左右减小至120 w·m^-2左右。霾和云对短波辐射均表现为衰减作用,云的衰减作用明显大于霾。云使地表向上长波辐射和净长波辐射明显减少,而使大气逆辐射增加。晴天条件下,全天表现为CO₂排放源,且日变化呈双峰型,两个峰值出现时间正好对应上下班高峰时段,傍晚峰值大于早上峰值。     

1957-2009年南澳蒸发量变化特征及影响因子

利用1957-2009年南澳县小型蒸发皿蒸发量资料,分析了南澳蒸发量的气候变化趋势.结果表明:南澳10月蒸发量最大,2月蒸发量最少;秋季蒸发量最大,夏季次之,冬季最少.1957-2009年蒸发量呈明显下降趋势,20世纪60-90年代基本上是锐减,21世纪的第1个10 a反而上升,平均以7.2mm/a的趋势下降;11月减...     

1957—2009年南澳蒸发量变化特征及影响因子

利用1957—2009年南澳县小型蒸发皿蒸发量资料,分析了南澳蒸发量的气候变化趋势。结果表明：南澳10月蒸发量最大,2月蒸发量最少;秋季蒸发量最大,夏季次之,冬季最少。1957—2009年蒸发量呈明显下降趋势,20世纪60—90年代基本上是锐减,21世纪的第1个10 a反而上升,平均以7.2 mm/a的趋势下降;11月减幅最大,7月减幅最小;冬季减幅最大,秋季次之,夏季最小。对蒸发量下降的原因分析表明,日照时数和平均风速的减少与蒸发量的减少呈显著相关,是蒸发量减少的主要影响因子;低云量的增多导致日照时数减少;低云量、总云量、相对湿度、降水量、水汽压与蒸发量呈负相关关系,其中低云量、总云量与蒸发量负相关显著。     

高桥公式在拉萨地区的适用性及其修正

选用1993—1999年拉萨站资料,通过比较多种计算方法得到的潜在蒸散量、高桥浩一郎在1979年提出的基于温度和降水量计算蒸发量的公式所得到的蒸发量以及中日季风试验资料的观测值可知:受温度、水分及相对湿度的影响,潜在蒸散量在5月达到最大值,而蒸发量的最大值则出现在7月。由于青藏高原存在冻土及融冰化雪的特殊现象,水分来源并不完全依靠于降水,所以由高桥浩一郎公式的计算值与观测值之间存在较大差距,温度越高,差值越大;鉴于温度与该差值呈正比关系,可将温度划分为小于0℃,0~5℃,5~10℃,10~15℃,大于15℃共5个等级,在不改变高桥浩一郎公式原有系数的基础上,同时考虑不同的系数对降水量进行修正,修正后的结果明显好于修正前,与观测值更接近。     

基于FLUXNET数据集对陆面模式CoLM能量通量的单点评估

模式评估是模式发展中的重要一环。本文利用来自FLUXNET2015数据集的30个站点的涡动相关系统观测数据,重点关注能量通量,对通用陆面模式（Common Land Model version 2014,CoLM2014）在不同典型下垫面的模拟能力进行评估。结果表明,模式总体上能抓住感热、潜热和净辐射通量在日、季节和年平均等不同时间尺度上的变化特征,对感热、潜热和净辐射通量都有较好的模拟能力,净辐射的模拟效果最好,潜热通量次之。季节变化模拟中,感热、潜热通量在夏季不同植被型下站点的空间离散程度大于冬季,不同站点间模拟效果相差较大,净辐射多站点标准差变化幅度要小于感热、潜热,不同站点间模拟效果偏差较小。CoLM在常绿针叶林、稀树林地、草地、农田模拟感热、潜热通量的效果相对较好,在永久湿地、落叶阔叶林下模拟感热通量较差。本研究对CoLM2014在未来的改进和发展中提供了有用的参考。     

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。     

Surface fluxes of heat and water vapour from sites in the European Arctic

Summary  Measurements of the surface fluxes of heat and water vapour were taken at four sites across the European Arctic as part of the EU funded LAPP project. The sites cover a range of latitudinal, altitudinal and climatic conditions. The most northerly site is near Ny-?lesund, Svalbard, a polar semi-desert with continuous permafrost. A second permafrost site is a fen area in the Zackenberg valley, East Greenland. Finally two sites in northern Finland, Skalluvaara and Kaamanen are on the southern boundary of the region affected by permafrost. At all sites measurements were made of the turbulent fluxes of heat and water vapour using eddy correlation equipment for at least one active season. The net radiation totals for July and August are similar at all sites. At the sites with permafrost a substantial proportion (over 20%) of the net radiation goes into soil heat flux, to thaw the soil moisture in the top metre. Of the remaining energy just over half is used for evaporation. At the Finnish sites the vegetation is largely deciduous and this is seen in the record with higher evaporative ratios in July and August, after the vegetation becomes green. The Finnish sites tend to have higher surface resistance to evaporation; however, the evaporative demand is greater leading to slightly higher evaporation rates. The two Finnish sites have a similar seasonal pattern determined by the water table and seasonality of the vegetation. The two northern sites show a pattern that is determined primarily by the variation of water table only. It is concluded that the water balance through the active season is influenced primarily by the history of snow cover. The seasonality of the vegetation, the permafrost and the depth of water table are also important influences. Received November 1, 1999 Revised April 17, 2000     

Radiation balance at the surface in the city of S?o Paulo, Brazil: diurnal and seasonal variations

The main goal of this work is to describe the diurnal and seasonal variations of the radiation balance components at the surface in the city of S?o Paulo based on observations carried out during 2004. Monthly average hourly values indicate that the amplitudes of the diurnal cycles of net radiation (Q*), downwelling and upwelling shortwave radiation (SW_DW, SW_UP), and longwave radiations (LW_DW, LW_UP) in February were, respectively, 37%, 14%, 19%, 11%, and 5% larger than they were in August. The monthly average daily values indicate a variation of 60% for Q*, with a minimum in June and a maximum in December; 45% for SW_DW, with a minimum in May and a maximum in September; 50% for SW_UP, with a minimum in June and a maximum in September; 13% for LW_DW, with a minimum in July and a maximum in January; and 9% for LW_UP, with a minimum in July and a maximum in February. It was verified that the atmospheric broadband transmissivity varied from 0.36 to 0.57; the effective albedo of the surface varied from 0.08 to 0.10; and the atmospheric effective emissivity varied from 0.79 to 0.92. The surface effective emissivity remained approximately constant and equal to 0.96. The albedo and surface effective emissivity for S?o Paulo agreed with those reported for urban areas in Europe and North America cities. This indicates that material and geometric effects on albedo and surface emissivity in S?o Paulo are similar to ones observed in typical middle latitudes cities. On the other hand, it was found that S?o Paulo city induces an urban heat island with daytime maximum intensity varying from 2.6°C in July (16:00 LT) to 5.5°C in September (15:00 LT). The analysis of the radiometric properties carried out here indicate that this daytime maximum is a primary response to the seasonal variation of daily values of net solar radiation at the surface.     

The field of integrated water vapor over northeastern Siberia from the data of global navigation satellite systems

Seasonal and diurnal variations in integrated water vapor over northeastern Siberia derived from the data of global navigation satellite systems are considered. It is demonstrated that integrated water vapor is characterized by asymmetric annual variations with the maximum in July and with the minimum in February. The meridional gradient of integrated water vapor during the year varies from -8.7 mm/1000 km in July to -0.5 mm/1000 km in February. The zonal gradient reaches 1.0 mm/1000 km in July and -2.8 mm/1000 km in September. It is shown that the diurnal maximum of integrated water vapor is registered in the evening and at night and the amplitude of diurnal variations is 0.25-0.70 mm in summer and 0.08-0.21 mm in winter.