黄河源鄂陵湖地区辐射收支和地表能量平衡特征研究

利用2010年6-7月鄂陵湖野外试验的近地层观测数据,分析了在不同天气条件下黄河源鄂陵湖地区辐射分量、地表能量分量、土壤温度和反照率的变化特征. 结果表明：不同天气条件下,辐射和地表能量各分量日变化差异较大,晴天、阴天和雨天的地表反照率依次递减,平均反照率约为0.21;观测期内,平均辐射贡献从大到小依次为向上长波、向下长波、向下短波、向上短波,日积分值分别为31.4 MJ·m^-2、25.6 MJ·m^-2、22.4 MJ·m^-2、4.2 MJ·m^-2,净辐射(12.5 MJ·m^-2)占向下短波辐射的55.7%;平均地表能量和土壤温度的变化幅度较晴天小,感热、潜热、0 cm土壤热通量的平均日积分值分别占净辐射的21.2%、43.1%、8.2%;平均土壤温度变化幅度随深度增加逐渐减小,浅层土壤温度峰值较晴天低2 ℃,深层土壤温度相差不大. 云和降水的扰动削弱了向下短波辐射,导致平均感热通量和0 cm土壤热通量的峰值比晴天小,而平均潜热通量的峰值大于晴天. 由于湖泊水体巨大的热容量和水分供应,鄂陵湖地区的气温日较差较小,地表温度变化幅度变小,附近地表温度升高缓慢. 鄂陵湖区的地表能量平衡中,潜热通量占主导,感热和地表土壤热通量次之. 研究结果有助于理解气候变化背景下黄河源区湖泊的能量水分循环过程,为促进该地区光热资源的合理利用和畜牧业的可持续发展提供数据支持.     

2009/2010年黄河源区高寒草甸下垫面能量平衡特征分析

以青藏高原黄河源玛多为实验区, 基于TRM-ZS1气象生态环境监测仪2009年11月1日至2010年10月31日辐射及能量通量观测数据, 采用波文比能量平衡法, 进行了该区域潜热和感热通量的估算, 分析了黄河源区高寒草甸下垫面辐射收支, 潜热、 感热和土壤热通量在不同季节的分配, 对该区域冬季地面加热场强度的变化进行了研究.结果表明: 该区域总辐射、 净辐射较强, 总辐射平均日积分值为18.06 MJ·m^-2·d^-1, 净辐射平均日积分值5.95 MJ·m^-2·d^-1, 曾观测到高达979.5 W·m^-2的净辐射通量.全年地表平均反射率为0.30, 接近于荒漠和半荒漠下垫面的反射率.植物生长季土壤湿度和冬、 春季地面积雪是影响该区域地表反射率的两个最主要因素.该区域感热通量年积分值为742.68 MJ·m^-2·a^-1, 潜热通量年积分值为1 388.58 MJ·m²·a^-1, 全年中地表以潜热方式传递热量为主.分季节分析, 冬季感热潜热强度相当, 春季以感热为主, 夏秋季则以潜热为主.土壤热通量年积分值为38.06 MJ·m^-2·a^-1, 全年热通量在热量平衡中约占1.8%, 但季节分配不平衡, 在冬季, 有|G|>H+LE, 土壤热通量是热平衡最大的分量.该区域地表全年向大气释放热量, 地表对大气而言是热源.     

青海玉树隆宝高寒湿地近地面能量收支状况研究

基于青海玉树隆宝湿地2011年10月-2012年9月气象观测数据, 利用组合法计算其近地面的感热通量和潜热通量, 进而分析近地面能量收支状况. 结果表明: 隆宝湿地太阳辐射资源充足, 达6 770.8 MJ·m^-2, 受积雪影响, 冬季日反射率最高可达0.93; 11月和12月地面吸收的90%以上短波能量以辐射形式传给大气, 而6月份则不到30%. 地面全年以净辐射和土壤热通量吸收能量, 其中, 77%以潜热形式支出, 23%以感热形式支出, 但各月能量收支特征与之有所不同.     

玛曲高寒草甸夏季近地层微气象和CO2通量特征分析

利用2015年夏季玛曲高寒草甸观测资料,从中选取7月10个连续完整的观测日,分析了近地层气象要素、地表辐射和能量传输以及CO₂通量日变化特征。结果表明：夏季玛曲地区气温和比湿昼夜差异较大,最大温差为19.2 ℃,平均风速为2.7 m?s^-1,风向以东风为主。晴天条件下向下短波辐射可达1 200 W?m^-2左右,平均地表反照率为0.22,均大于藏北那曲地区。净辐射峰值可达850 W?m^-2左右,陆-气间能量传输以潜热输送为主。10 d能量闭合度平均值为0.61,能量不平衡程度较大。夏季玛曲高寒草甸表现为“碳汇”,CO₂通量平均值为-0.20 mg?m^-2?s^-1,晴天碳吸收最大速率为-14.05 mg?m^-2?s^-1,显著大于阴天,最大碳吸收时长为13 h,CO₂密度平均值为530.7 mg?m^-3。     

植物生长季海北高寒湿地辐射收支特征

依据祁连山海北高寒湿地植物生长期观测资料,分析了区域辐射收支情况及其变化特征.结果表明:祁连山海北高寒湿地有较强的太阳总辐射(DR),但地表反射辐射(UR)、地面有效辐射(ELR)较低;地表长波辐射(ULR)、大气逆辐射(DLR)、净辐射(R_n)均较高,且具有明显的日、季节变化.植物生长期5~9月的日变化振幅DR>Rn>UR>ULR>DLR>ELR,其总量表现出ULR>DLR>DR>R_n>UR>ELR,分别达4650.6、4225.5、3058.8、2156.2、477.6和425.1 MJ·m^-2.从月际分布来看,ULR、DLR、DR最高出现在7月,R_n出现在6月,UR出现在5月,ELR出现在8月,分别为980.3、913.1、721.5、554.9、112.1和127.4 MJ·m^-2.     

积雪升华过程对高寒湿地陆气相互作用的影响

利用青海玉树隆宝地区2014年12月积雪升华过程的观测资料,分析了积雪升华过程中高寒湿地陆气相互作用特征及积雪深度对陆气相互作用的影响。结果表明：在降雪和积雪升华过程中,高寒湿地浅层土壤温度在短时期内有所升高,而深层土壤温度和土壤体积含水量对降雪过程的响应不敏感。积雪升华过程中净辐射、感热通量和潜热通量的日平均值增加,向上短波辐射的日平均值减少。积雪逐渐升华导致地表吸收的能量增加,同时地表向大气传递的能量也随之增加。随着积雪的逐步升华,感热占比和潜热占比逐渐升高,而土壤热通量占比和热储存占比逐渐降低。积雪深度增加会导致地表反照率和地表比辐射率增大,感热输送系数减小。     

祁连山老虎沟12号冰川消融区不同天气条件下的能量收支特征

冰川表面能量平衡模型建立了冰川与大气之间的联系。为探讨不同天气条件对冰川能量收支的影响, 利用祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550 m处的气象资料（2011年8月24日 - 9月6日）, 结合能量平衡模型, 分析了不同天气条件下的能量收支变化特征。结果表明： 受云量影响, 晴天条件下向下短波辐射（318.3 W·m^-2）是多云条件下的1.5倍, 是阴天条件下的3倍。三种天气条件下的向下长波辐射, 晴天（215.4 W·m^-2）<多云（267.4 W·m^-2）<阴天（291.6 W·m^-2）。受固态降水的影响, 阴天条件下冰川反照率（0.50）是晴天时的2倍多。而三种天气下的最大消融耗热, 晴天（739.6 W·m^-2）>多云（582.8 W·m^-2）>阴天（324.5 W·m^-2）。在能量收入项中, 净短波辐射是主要来源（98%）, 但是受天气条件影响, 能量支出各项所占比例有明显差异; 在三种天气条件下, 净长波辐射所占比例分别为35%、 31%和23%, 消融耗热所占比例分别为62%、 64%和75%, 潜热通量所占比例相差不大。     

夏季草原与戈壁地表能量分析

利用野外试验资料，比较分析了夏季祁连山区草原和河西走廊张掖戈壁地表能量特征，并探讨了环境因素与地表能量特征的关系。结果表明，在夏季典型晴天，山区草原的净辐射、潜热通量大于戈壁，而感热、土壤热通量小于戈壁；山区草原净辐射、潜热通量的日变化大于戈壁；而感热、土壤热通量的日变化小于戈壁。在山区草原，晴天潜热通量是土壤热通量的三倍多，感热通量与土壤热通量差异很小，净辐射主要用于蒸发、蒸腾；在戈壁，晴天土壤热通量和感热通量是潜热通量的近两倍，净辐射主要用于加热地表，并通过地表加热下层土壤和地面大气。两地均存在能量不平衡现象，草原感热、潜热、土壤热通量之和小于净辐射，戈壁感热、潜热、土壤热通量之和大于净辐射，戈壁能量不平衡大于草原。导致山区草原和戈壁地表净辐射特征差异的主要因素是太阳辐射，导致山区草原和戈壁地表能量分量特征差异的主要因素是陆面植被和水分，根本因素是陆面水分。      

天山南坡科契卡尔巴西冰川消融期雪面能量平衡研究

根据2005年6～9月的野外观测资料,计算了天山南坡科契卡尔巴西冰川积雪表面的能量平衡各分量,其中感热和潜热采用空气动力学-梯度方法计算得到,净辐射由观测获得.结果表明,消融期净辐射是雪面最主要的能量来源,占能量收入的81.4%,平均值为63.3 W·m^-2;其次为感热供热,占18.6%,为14.4 W·m^-2.吸收的热量主要通过融化和蒸发两种方式消耗,融化和蒸发耗热分别为54.0 W·m^-2和23.0 W·m^-2,占能量总支出的69.5%和29.7%,剩下的0.8%由感热消耗.在积雪表面的能量组成中,感热值在6月和9月较大而8月较小;对于潜热来说,6月潜热交换绝对值最大,蒸发最强烈,这与6月风速大且天气晴好有关.另一方面,净辐射值较大的6月和9月融化热较多,说明此时段冰川消融较为强烈.     

藏北高原地区地表辐射出支和能量平衡的季节变化

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.基于中日合作项目"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)在2001年8月至2002年9月的观测数据资料,分析研究了青藏高原藏北地区地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量等的变化规律,获得了有关藏北高原地表能量的新认识.     

Effect of land surface processes on the Tibetan Plateau’s past and its predicted response to global warming: an analytical investigation based on simulation results from the CMIP5 model

Complex interactions between the land surface and atmosphere and the exchange of water and energy have a significant impact on climate. The Tibetan Plateau is the highest plateau in the world and is known as “Earth’s third pole”. Because of its unique natural geographical and climatic characteristics, it directly affects China’s climate, as well as the world’s climate, through its thermal and dynamic roles. In this study, the BCCCSM1.1 model for the simulation results of CMIP5 is used to analyze the variation of the land surface processes of the Tibetan Plateau and the possible linkages with temperature change. The analysis showed that, from 1850 to 2005, as temperature increases, the model shows surface downward short-wave radiation, upward short-wave radiation, and net radiation to decrease, and long-wave radiation to increase. Meanwhile, latent heat flux increases, whereas sensible heat flux decreases. Except for sensible heat flux, the correlation coefficients of land surface fluxes with surface air temperature are all significant at the 99 % significance level. The model results indicate rising temperature to cause the ablation of ice (or snow) cover and increasing leaf area index, with reduced snowfall, together with a series of other changes, resulting in increasing upward and downward long-wave radiation and changes in soil moisture, evaporation, latent heat flux, and water vapor in the air. However, rising temperature also reduces the difference between the surface and air temperature and the surface albedo, which lead to further reductions of downward and upward short-wave radiation. The surface air temperature in winter increases by 0.93 °C/100 years, whereas the change is at a minimum (0.66 °C/100 years) during the summer. Downward short-wave and net radiation demonstrate the largest decline in the summer, whereas upward short-wave radiation demonstrates its largest decline during the spring. Downward short-wave radiation is predominantly affected by air humidity, followed by the impact of total cloud fraction. The average downward short-wave and net radiation attain their maxima in May, whereas for upward short-wave radiation the maximum is in March. The model predicts surface temperature to increase under all the different representative concentration pathway (RCP) scenarios, with the rise under RCP8.5 reaching 5.1 °C/100 years. Long-wave radiation increases under the different emission scenarios, while downward short-wave radiation increases under the low- and medium-emission concentration pathways, but decreases under RCP8.5. Upward short-wave radiation reduces under the various emission scenarios, and the marginal growth decreases as the emission concentration increases.     

青海湖流域瓦颜山湿地辐射平衡和地表反照率变化特征

利用2014年5月至2015年11月青海湖流域瓦颜山湿地观测的辐射资料,综合分析了辐射相关因子的变化特征。结果表明：瓦颜山湿地总辐射和净辐射的最大值都出现在7月,最小值都出现在12月;大气长波辐射最大值出现在8月,最小值出现在12月;地面长波辐射最大值出现在7月,最小值出现在2月。阴天对总辐射和地面反射辐射削弱作用比较明显,对大气长波辐射增强作用明显,对地面长波辐射和净辐射的影响季节差异性很大。瓦颜山湿地地表反照率的年均值为0.26。在无积雪覆盖条件下,地表反照率在冻结期明显大于消融期,最大值出现在12月。夏季地表反照率均值为0.185,略小于下垫面同为草甸的青藏高原唐古拉站。在暖季,土壤水分也是影响高寒湿地地表反照率变化的重要因子,随着表层土壤含水量的增加,地表反照率随之减小。     

珠穆朗玛峰北坡海拔6523m辐射平衡观测结果分析

利用2005年5月1日至7月22日在东绒布冰川海拔6523m的若普拉垭口架设的自动气象站获得的各辐射参数资料,分析了该地区总辐射、地面反射辐射、地面长波辐射、天空长波辐射的日平均变化和平均日变化,并计算了反射率和辐射平衡.结果表明:1)短波辐射的平均日变化都随着太阳高度角的增大而加强,并且总辐射和地面反射辐射的日平均变化有很好的相关性,观测期间二者的月平均值都在5月份最大.由于垭口新降雪较多,雪面的反射率也很高;2)天空长波辐射的平均日变化比地面长波辐射变化滞后2 h,且其日平均变化幅度比地面长波辐射的变化幅度大;3)净辐射的平均日变化随着太阳高度角的变化而变化,下午14:00时净辐射最大,其日平均变化在观测期间整体上有增大趋势.     

黑河下游绿洲地表辐射平衡及小气候特征分析

利用额济纳绿洲2004年5~10月微气象站观测资料,分析了该地区地表能量平衡及小气候特征.结果表明:在绿洲内太阳总辐射、光合有效辐射、净辐射有明显的季节变化及日变化,日峰值及月总量在7月份达到最高.地表能量平衡季节变化显著,5、8、9、10月份,地面能量交换基本以感热通量为主,Bowen比值在日间>4;6、7月份,潜热蒸发是能量平衡的主要部分,Bowen比基本<1.5~10月土壤热通量值始终较小,约占净辐射的15%~20%.绿洲内近地层风速基本在0~5 m·s^-1之间,夜间风速变化很小,日间风速较大.随着土壤深度的增加,土壤温度变化趋势越来越缓慢,地表温度波动变化最大,而在40 cm深处土壤温度日变化很小.