灌溉在现代绿洲维持与发展中的重要作用

灌溉是荒漠绿洲农业发展的根本,没有灌溉就没有干旱区农业。本文运用美国NCAR的非静力平衡中尺度模式MM5V3,模拟了1991年8月1日到11日张掖绿洲地表感热、潜热通量和波文比,模拟结果表明此模式可以较好地反映张掖绿洲地表能量及水汽交换状况。同时模拟了当水源被截断后,地表感热、潜热通量及波文比随时间的变化:潜热迅速下降,感热迅速上升,波文比绝对值也迅速增大。如不及时补充水,绿洲将最终退化为沙漠。模拟结果证明了:①在我国西北干旱区有水才有绿洲,无水便成沙漠,水是绿洲的生命线,灌溉是现代绿洲维持与发展的基础;②绿洲一旦因缺水而退化为沙漠,就很难恢复。     

地表热通量对陕南强降水的影响

通过对2002年6月8～9日陕南大暴雨天气过程中地表感热和潜热通量的数值模拟表明:地表感热、潜热通量和温度的区域性分布与高原东部特殊的地形分布有关,地表热通量和温度的等值线与地形等高线大致平行,平原低洼地区和山脉所在地特征明显,从而可以说明地形热力状况在陕西强降水中发挥重要作用;地表潜热作用大于地表感热,去掉地表潜热的作用后,模式对降水的模拟结果与实况偏差较大;地表感热使山脊降水减少,使平原、山谷降水增加,这与夜间的山谷风环流密不可分。     

RAMS模式在山谷城市模拟性能的检验

 利用2005年冬季兰州边界层试验的观测数据,分别从边界层结构、近地面温度和风速、地表通量等几个方面检验了RAMS在山谷城市的模拟性能。RAMS模式能很好地捕捉边界层结构特征,模拟的白天混合层高度和夜间稳定边界层高度和观测值非常一致。模式能较好地模拟近地面温度和地表通量的日变化特征。对模拟偏差进行统计分析,结果显示RAMS对近地面温度和风速的模拟结果是可以接受的:近地面温度的平均偏差为-1.73 ℃,RMSE为2.16 ℃,风速的平均偏差为0.35 m·s-1,RMSE和RMSVE分别为1.61 m·s-1和3.15 m·s-1。研究表明,RAMS适合作为研究兰州山谷城市大气边界层的工具。     

荒漠区粗糙度长度的确定及在模式中的应用

利用2005年进行的“绿洲系统能量与水分循环补充观测试验”第3阶段的观测资料计算了金塔试验区内戈壁和沙漠的动力学和热力学粗糙度长度,沙漠和戈壁的动力粗糙度长度分别为1.81×10-3m和1.64×10-3 m,与黑河试验结果基本一致,均为沙漠的动力粗糙度大于戈壁。试验区内沙漠和戈壁的热力粗糙度长度分别是0.28×10-3 m和0.62×10-3 m。将计算得到的粗糙度长度代入Noah陆面模式,模拟的戈壁、沙漠上的地表温度和感热通量同观测值较为一致,优于原粗糙度长度的模拟结果,大大提高了该模式在沙漠、戈壁特殊区域的模拟能力,有利于将耦合了Noah模式的中尺度模式更好地应用到绿洲系统的研究中。     

石河子垦区沙漠和绿洲下垫面生态条件下能量交换特征

 在古尔班通古特沙漠南部流动沙区及其以南100 km的滴灌棉田为绿洲下垫面的生态条件下,分析研究了能量输送的不同模式和日变化进程。在沙漠生态条件下, 大部分净辐射用于感热通量的散失,另一部分用于向地下传输,少部分则用于潜热输送;与沙漠相比,在滴灌棉田生态条件下的绿洲能量输送的基本模式为: 农田蒸散的潜热能量占绝大部分,少部分用于感热通量和土壤热通量的消耗,另一个与沙漠不同的特征是绿洲存在地表能量平衡差额。     

山地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V35非静力平衡模式, 采用三重嵌套的降尺度方法, 通过设计理想的地形和山地绿洲, 模拟研究了山地绿洲环流及边界层特征。山地绿洲的地面感热通量和潜热通量与周围沙漠差异较大, 对形成沙漠绿洲环流有明显贡献。在无山地绿洲的情况下, 地形仅对感热通量有影响, 对潜热通量影响不大。山地绿洲可以使绿洲上空的干冷气流通过下沉气流向下层输送, 在山地绿洲上空形成下沉干冷气流的边界层特征, 它可以抑制由地形形成的向上输送的暖湿气流, 改变地形形成的边界层特征。地形引起的环流是低层复合, 高空辐散。绿洲引起的环流是低空辐散, 高空复合。两种环流呈完全相反的情况。山地绿洲的气候效应可以抑制山地地形的气候效应。     

金塔绿洲风场与温湿场特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了甘肃河西走廊金塔绿洲风场与温湿场特征。结果表明:由于绿洲的存在,绿洲沙漠系统产生的次级环流对局地环流有一定影响;平流作用将沙漠中的干热空气送向绿洲,绿洲近地层会出现逆温,感热向地表输送;沙漠上由于临近绿洲的水汽平流作用,上层大气湿度比低层更大,这就是逆湿现象。     

黄河源区草地农牧化对气候环境影响的数值模拟

 利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验。模拟分析黄河源区草地农牧化对局地气候环境的影响,得到一些初步结论:在全球增暖的大背景下源区草地农牧化引起源区平均气温和地表温度升高,平均日较差增大;源区农牧区降水以增加为主,周围地区以减少为主;源区空气湿度、土壤湿度明显减小;地表径流增加,地下径流减小,增加的降水大部分随地表径流流失;农牧区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量增加。源区植被改变对气候环境的影响状况不同于其他地区。     

古尔班通古特沙漠与石河子绿洲膜下滴灌棉田能量输送特征的研究

不同生态环境下垫面条件下的能量输送特征有着很大差异,是陆地-大气间相互作用过程研究的重要组成部分。为了探寻近地面层湍流运动规律,定量分析沙漠和绿洲膜下滴灌棉田下垫面物质与能量输送,利用常规气象梯度法观测的数据,根据Monin-Obukhov相似性理论,运用空气动力学方法和能量平衡法,对古尔班通古特沙漠南部流动沙区及其以南100 km的石河子绿洲膜下滴灌棉田的能量输送模式及其日变化进程进行了分析研究。结果表明:在沙漠生态条件下,大部分净辐射用于感热通量的散失,另一部分用于向地下传输,少部分则用于潜热输送;在膜下滴灌棉田生态条件下的绿洲能量输送的基本模式为:农田蒸散的潜热能量占绝大部分,少部分用于感热通量和土壤热通量的消耗,同时存在一定的地表能量平衡差额。这些结论为合理配置自然资源、分析和评估绿洲生产潜力提供科学依据。     

地表能量平衡方程在新疆地表温度模拟中的应用

地表温度是影响地表能量收支平衡和气候变化的重要因子,也是评价陆面模式性能的主要指标。新疆下垫面包括沙漠、绿洲、冰川、积雪等多种类型,其地表温度变化对生态环境和天气气候变化有重要影响。为了找到影响第三代陆面模式NCAR CLM4.5模拟新疆地表温度效果的主要因子,促进该模式发展,在对ERA-5再分析资料评估基础上,以其作为实况资料,首先对CLM4.5长时段模拟新疆地表温度的效果开展评估,然后利用地表能量平衡方程得到的地表温度变化影响因子分离方法,揭示出引起新疆地表温度模拟偏差的主要因子。结果表明：ERA-5地表温度的空间分布特征、量级和时间变化与观测结果一致,可用来研究该区域地表温度变化。CLM4.5对新疆地表温度模拟冷偏差值较大,但相关性显著,且误差与气候背景和下垫面条件有关。CLM4.5模拟的潜热值偏大是地表温度模拟值偏低的主要原因,CLM4.5模拟的潜热值在新疆大部分区域比ERA-5的多90%以上。CLM4.5对新疆0—10 cm土壤湿度模拟值偏大,蒸散过强,导致潜热通量偏大,因此改进土壤湿度计算方案是提高该陆面模式对新疆地表温度模拟水平的有效途径。     

巴丹吉林沙漠高大沙山近地层温湿廓线与能量交换特征

利用兰州大学冰川与沙漠研究中心科学观测实验站2015—2016年获得的高大沙山微气象数据,分析了巴丹吉林沙漠温湿廓线结构、土壤分层温度、辐射通量等特征,利用组合法和一维热传导方程分别计算了湍流通量及土壤热通量。结果表明：（1）近地层大气自下而上呈现近似等温或逆温分布,冬季逆温层厚度大于夏季。（2）初次观测到逆湿现象,比湿夏季最大,冬季最小,秋季和春季次之,全年平均约为4.2 g·kg^-1,高于塔克拉玛干沙漠。（3）土壤热通量在2月底至5月初振幅较大;感热通量具有显著的平均日变化特征,潜热通量平均日变化平稳,以0 W·m^-2为中心上下波动。能量交换以感热通量为主,陆-气温度差异是沙山感热通量变化的主要影响和控制因子。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

灌溉方式对现代绿洲影响的数值模拟

灌溉是农业发展的根本,没有灌溉就没有荒漠区农业。利用美国NCAR中尺度模式MM5V3模拟了喷灌与不同水量地灌以及没有灌溉对绿洲土壤湿度、地下径流以及感热、潜热通量的不同影响。结果表明:①地灌后地表蒸发与植被层的蒸腾更旺盛,散失的水分更多;而喷灌可以抑制地表蒸发与植被层的蒸腾,对土壤水的保持更有利。②喷灌试验要在土壤湿度达饱和以后才会形成地下径流量,而地灌试验则是土壤湿度与地下径流量同时增长。总之,喷灌方式是一种高效节水的灌溉方式,它比其它灌溉方法更有利于绿洲农业生态系统的温度整体降低,不论土壤湿度还是大气湿度都会相应增大,抑制地表土壤水分的蒸发,有利于绿洲农业维持。     

THE STUDY ON LATENT AND SENSIBLE HEAT FLUX OVER MIRE IN THE SANJIANG PLAIN

Energy exchange is one of the most importantprocesses in wetland ecosystems,because it has agreat influence on temperature,water transport,plantgrowth,productivityetc.(Dennison and Berry,1989).On small scales,understanding of surface en-ergy exchange is n…     

上海城市热岛与热浪协同作用及其影响因子

在全球变暖的背景下,热浪变得更加频繁。城市地区由于城市热岛效应在热浪事件中承受更大的风险。然而城市热岛与热浪之间的相互作用还少有研究。利用2016-2017年两个夏季（6-8月）上海城、郊气象站逐时气温、风速、相对湿度资料、城区徐家汇和郊区奉贤涡动相关通量观测资料对比分析了热浪和非热浪期间城市热岛强度的差异,并利用一个平流扩散解析模型揭示了城市热岛与热浪相互作用的物理机制。结果表明,热浪期间的城市热岛强度相比非热浪期间明显增强,且白天增强大于夜间,显示出城市热岛与热浪之间的协同效应。热浪期间城、郊相对湿度比值相对非热浪期间明显减小,表明热浪期间城区地表相对郊区变得更干,从而抑制了蒸发作用,加剧了城市热岛强度;平均风速也明显减小,平流降温效应减弱,对城市热岛强度起正反馈效应。热浪期间城区净辐射通量的增加大于郊区,使城区获得更大地表辐射输入;由于城区更少的植被覆盖和更多的不透水下垫面,热浪期间城区潜热通量略有降低,而郊区明显增加;城区感热通量增幅则大于郊区,这种感热和潜热通量分配的改变也加剧了城市热岛强度。本研究对城市如何应对加剧的热风险具有重要的科学指示意义。     

绿洲农田作物的显热和潜热输送

本文根据波文比－能量平衡法，利用观测资料计算了荒漠－绿洲交界处绿洲农田作物（棉花、水稻）的显热和潜热，并进行了分析和比较。     

Modeling the effects of historical vegetation change on near-surface atmosphere in the northern Chihuahuan Desert

Our goal was to evaluate effects of broad-scale changes in vegetation from grasslands to shrublands over the past 150 years on near-surface atmosphere over the Jornada Experimental Range in the northern Chihuahuan Desert, using a regional climate model. Simulations were conducted using 1858 and 1998 vegetation maps, and data collected in the field. Overall, the vegetation shift led to small changes in sensible heat (SH) and an increase in latent heat (LH). The impacts of shrub encroachment depended on shrubland type: conversion from grass to mesquite cools the near-surface atmosphere and from grass to creosotebush warms it. Higher albedo of mesquite relative to grasses reduced available energy, which was dissipated mainly as LH due to the deeper root system in mesquite. In creosotebush-dominated areas, a decrease in albedo, an increase in roughness length and displacement height contributed to the SH increase and warmer temperatures. Sensitivity simulations showed that an increase in soil moisture content enhanced shrub LH and a reduction in mesquite cover enhanced the temperature differences. The observed shift in vegetation led to complex interactions between land and surface fluxes, demonstrating that vegetation itself is a weather and climate variable as it significantly influences temperature and humidity.