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。     

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%。     

南极瑞穗站辐射平衡及湍流通量特征

本文利用南极瑞穗站１９７９—１９８０年近地面层微气象及辐射平衡等观测资料，分析了春、夏、秋和冬季辐射平衡分量的日、年变化特征，采用空气动力学方法和廓线梯度迭代法计算了不同季节的动量通量、感热通量和由能量平衡方程得到的潜热通量的日变化特征，并对计算结果进行了比较。文中还对湍流热量交换系数、湍流动量交换系数与理查孙数的日变化关系进行了讨论。     

上海市郊林带附近晴天地表热量平衡特征的分析

林带附近的热量平衡各分量的变化体现了林带对周围近地大气环境的影响.本文根据上海市郊林带附近温、湿、风梯度及净辐射观测资料,分析了林带附近冬夏晴天热量平衡各分量的特征,结果表明:夏季林带附近的净辐射比非林带小,冬季则比非林带大;林带对风速有减弱作用,林带附近的湍流输送较弱,因而林带附近热量和水汽量输送较小;林带附近有植物蒸腾,蒸散耗热量较大,为热量平衡中主要支出项;土壤热通量变化与近地面地温变化有关;林带附近较大的蒸散耗热和较弱的湍流输送有利于有利林带附近土壤水分的储存,并使周围湿润,但高温或低温时,湿度增加会引起人体不适,在林带规划上要充分考虑以上特点.     

华北地区平流雾过程湍流输送及演变特征

利用2006年2月在天津市南部地区开展的大气湍流观测资料, 分析了平流雾生消过程中湍流输送及演变特征。结果表明: 平流雾生消过程中, 大气稳定度参数数值主要集中在弱不稳定到弱稳定范围内, 且多呈现弱不稳定状态。雾前, 大气呈弱不稳定状态, 热量的垂直和水平输送短时加强, 且水平输送较垂直输送更显著; 雾生成初期, 大气呈弱稳定层结, 湍流动量和热量的垂直及水平输送均很弱; 雾中, 大气多呈弱不稳定状态, 稳定度参数、 动量、 热量及水平与垂直热通量之比值随时间均呈多峰形振荡, 随着雾的消散, 大气由弱不稳定逐渐演变为稳定状态; 雾后, 低层大气再次呈现弱不稳定层结特征, 动量和热量输送呈单峰形日变化特征。平流雾生消过程中, 热量的水平输送随不稳定度增强而迅速减小; 大气呈稳定层结时, 热量的水平输送显著大于垂直输送, 其比值约为2。同时, 摩擦速度、 水平与垂直热通量之比值呈多峰形振荡, 振幅分别可达1.2 m/s及50。     

温室内土壤热量垂直通量及其对土壤热状况的影响

根据日光温室内外土壤温度的实测资料，计算了温室内外土壤热量垂直通量的平均日变化；利用热量平衡方程探讨了温室内土壤的增温效应，为推广和应用温室蔬菜栽培技术提供科学依据。     

水平非均匀对流边界层热量平衡和平流输送作用的大涡模拟

采用大涡模拟所获的数据结果，分析地面热通量沿平均风方向存在 突变的条件下对流边界层的热量平衡和平流输送作用。分析表明边界层内模拟所得结果 可以很好地满足热量平衡关系。除地面热通量项以外，平流项（包括水平平流和垂直平 流）对边界层加热率的作用可达地面热通量不均匀性差值的大小，是影响边界层内热量 平衡的最重要因子，平均速度散度项对热量平衡的作用也不可忽略，但湍流通量散度项 的作用则很小。     

夏季敦煌稀疏植被下垫面物质和能量交换的观测研究

利用2009年夏季敦煌地区加强期观测资料,分析了稀疏植被下垫面CO2、水汽的通量输送规律和地表辐射、能量平衡等微气象的变化特征。结果表明,敦煌地区夏季CO2、水汽通量有明显的日变化,其平均通量分别为-0.023mg.m-2.s-1和2.90mg.m-2.s-1;地表平均反照率为0.24,低于绿洲内部;感热是该地区地表热量流失的主要形式,潜热和土壤热通量相对较小,平均波文比为3.08;观测中也发现了有较大的能量不平衡现象,利用试验资料估算了土壤容积热容量,并在能量平衡方程中加入了土壤热储量,提高了能量平衡度。     

南海海洋站观测海气热通量的时间演变特征

为探索西沙和南沙海气热通量时间演变特征，用海洋站观测资料计算了1998年南海夏季风爆发前后，海气界面热量交换值及海面热收支年循环。结果表明：季风爆发前，西沙海气界面热量交换较弱，水汽通量较小，以海洋获得热量为主；季风爆发后，海气界面热量交换接近平衡。南沙全年主要是海洋对大气加热。南沙和西沙海面吸收短波辐射年周期特征明显，极大值出现在冬半年。西沙海面潜热通量存在半年周期特征，极大值也是出现在冬半年。结论：冬半年海面热通量变化对翌年的季风将产生重要影响。     

西风爆发时赤道西太平洋热量平衡的诊断分析

西风爆发(WWB)对赤道西太平洋暖池SST的影响是WWB与ENSO相互作用的一个重要环节。作者运用TOGA(TropicalOcean-GlobalAtmosphere)-COARE(CoupledOcean-AtmosphereResponseExperiment)期间暖池海区8个浮标的观测资料，根 据Stenven和Niiler的热量平衡诊断方法，从能量平衡角度分析了赤道156°E附近SST对1992年9月到1993年1月期间两次WWB事件的响应。两次WWB期间，SST都是在 WWB之前和其后升温，而在WWB期间降温，升温和降温的幅度均为1℃左右。热量平衡分析结果表明，季节内时间尺度上海表热通量是导致赤道西太平洋暖池混合层温度变化的主要因素。在海表热通量中，短波辐射和潜热是变化量最大的两项，决定着净通量的正负，其他项的变化则相对较小。水平平流项有时可以超过海表热通量的作用，其作用不可忽略。两次WWB的过程中，季节变化造成的混合层的温盐结构和流场结构的差异是导致两次WWB事件时上层海洋热量平衡差别的主要因素。另外，混合层的厚度也有明显的变化，而混合层厚度变化的差异则是与流场的结构以及WWB的向东传播特征密切相关。     

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。     

高温和台风影响下的苏州城市粗糙子层湍流通量特征

利用苏州地区2011年12月20日—2012年8月13日的湍流观测资料对不同季节、高温、台风强天气过程下的湍流特征进行分析。结果表明:城市地区不同季节动量通量、感热通量、潜热通量日变化明显,各通量的夏季平均值、最大值均高于冬春季,夏季感热通量日最大值为160.2 W·m^-2,感热在城市地表能量平衡中的作用大于潜热,各季节潜热通量平均值仅为感热通量的40%~45%。降水量和植被覆盖度影响地表能量平衡,尤其影响地表热量在感热和潜热之间的分配。在高温天气过程中,感热通量增加明显,其峰值约是夏季平均的1.93倍。由于水汽较少,潜热通量明显减少,约为夏季日平均值的60%。速度三分量谱中u谱与w谱在低频区存在两个峰值,说明在城市复杂下垫面里,湍流激发机制中存在低频过程的影响。在台风天气过程中,动量通量大且变化快,感热输送弱,潜热输送波动大。速度谱w基本不符合"-5/3"次律,惯性子区最小且向高频移动,这和台风内部的复杂上升下沉气流有关。     

中-美联合海气考察期间热带西太平洋的海面热量平衡

根据1986年1—2月中美海气考察船所获得的气象资料和其它海洋气象报告,本文计算了热带西太平洋海面的热量平衡,指出该区域海面供给大气的热量大于它从大气接受到的能量。是一个重要的热源区。同时指出,海洋向大气输送热量最显著的地区是出现在西太平洋西部的热带地区,即在 10°N、130—150°E附近。此外,在该海域内,确定海面热量平衡特性的两个最重要的因素应属潜热通量和太阳辐射通量。      

海表动量和热量通量的数值模拟

本文分析了用IAP两层大气环流模式模拟的海表动量和热量通量,并将其同Han等和Esbensen等的气候资料比较.模拟的热量通量与观测估计值有类似的水平分布和季节变化,但在中低纬地区有偏多的热量由海洋向大气输送,尤其1月北半球中纬大气需要从海洋获得过分多的热量;模拟的海表动量通量和气候估计值也类似,但模拟的北半球冬季中高纬西风动量通量中心位置偏东,赤道中西太平洋和大西洋的东风动量通量偏弱,南半球环绕南极的西风带模拟得过分弱(尤其在7月份).本文还检验了基本变量的日变化和日际变化对计算海表动量和湍流扩散热量通量的影响,结果表明用月平均,日平均和每小时的基本量计算的动量和湍流扩散热量通量依次增大,尤其在中高纬地区更明显.     

中国邻海海-气热量、水汽通量计算和分析

使用长年代、高质量海洋气象观测资料,选用适合研究海域的计算参数,按2°×2°网格计算了中国邻海（黄、渤、东、南海及140°E以西西北太平洋）辐射平衡和海-气热量、水汽通量,讨论了它们的年、月分布和时空变化,并以海面热量净收支为主要指标进行了海洋气候区划。     

海雾的准周期振荡特征

根据南海北部海雾外场观测获取的高分辨率液态含水量、长波辐射通量数据,采用小波分析方法分析了2008年3月16—17日和18—19日两次海雾中的液态水含量、净长波辐射通量的变化特征,讨论南海北部海雾发展和维持的冷却机制。结果显示:(1)无论在有云或无云条件下,海雾都可发展和维持;但前者的液态含水量明显小于后者,而风速大于后者;(2)在地面海雾的生成之前和生成初期,净辐射通量都存在准周期振荡现象,无论无云/有云,地面海雾液态水的大幅度发展的阶段都存在含水量的准周期振荡现象;(3)含水量的准周期振荡现象与振荡发生时段的长波辐射通量关系不大,而主要通过湍流对液态水的混合作用与高空海雾液态水大量生成阶段的雾顶长波辐射间接相关。(4)海雾的生成都与雾顶长波辐射冷却密切相关,但发展和维持可通过不同的冷却机制,既可通过海气间湍流热量输送和辐射传输,也可通过雾顶长波辐射冷却。     

大尺度降雨异常对地面过程的影响——一类气候反馈机制的初步研究

本文以华北地区春季两个多雨年和两个少雨年为例,研究半干旱地区大范围持续性降雨对地面物理过程的影响。 根据地面边界层热通量和辐射通量的参数化公式以及地面水份倾向方程,计算分析了春季降雨异常增多后地面热状况、热量平衡各分量和水文状况的变化,发现降雨异常增多后,地面土壤温度和地面气温明显降低,土壤湿度和地面蒸发潜热明显增大,地面反照率也有所降低。值得指出的是,地面物理状况的变化相对于降雨异常过程有明显的时间上的后延现象,在空间场上有较好的配合关系。     

橡胶林的热量平衡

本文通过实测资料与理论计算,分析了我国主要橡胶产区(广东)不同类型橡胶园的热量平衡各分量的特征,并与热带次生杂木林、热带稀树草原及裸地作了对比。胶林的热量收入(净辐射)可观,晴天日总量最大可达15.95MJ/m~2,与次生林相仿,而大于空旷地。热量支出项中,蒸散耗热占60—70％,湍流热通量占25—35％,土壤热通量占5—10％。其比例随林型结构与林分而异,且胶林作用层与林地作用层之间、胶林(或纯茶林、次生林)与空旷地之间差异明显。     

广州白云机场两次低云低能见度过程对比分析

2010年2月3-5日和3月12-13日广州白云机场各发生一次持续时间较长的低云、低能见度天气过程,两次过程的出现形式和持续时间不同。从环流形势、假相当位温、温度平流和地表热量通量等方面入手,揭示它们不同的发生机制和维持机制。两次过程,不同的环流形势使逆温层在出现时间、持续时间和强度等方面存在差异,环流形势均有利于低层水汽输送,当逆温层存在,使其底部汇集大量的湿空气,而较弱锋面附近的抬升作用和冷空气的冷却作用,使近地面附近的水汽抬升并在逆温层底部凝结成云;下沉干冷气流,使近地面的暖湿水汽冷却凝结并形成雾,凝结释放的潜热使地表热量通量发生变化。     

1986年东海与南海的海-气界面热量交换

采用实测资料计算1986年7—12月东海和南海观测海域海-气界面热量交换。结果表明：7—9月上旬,大气向观测海域输送热量是主要现象,因为这时的气温比水温高,潜热通量与感热通量出现反相变化,天气晴好,海洋大量吸热;9月中旬—12月,观测海域向大气输送热量是主要现象,东海表现得比南海更为明显,主要贡献来自潜热通量和感热通量。受冷空气影响时,感热通量重要;在热带辐合带和热带气旋系统内海-气界面热量交换强烈,大气对海洋的响应为主。