放牧对退化草地近地面辐射的影响

随着环境变化,草原地表状态也会改变,尤其是近地面能量收支过程变化更明显。为深入理解半干旱草原地表辐射能量平衡过程对放牧的响应特征,利用内蒙古正镶白旗典型退化草原2020年生长季（6—10月）的辐射通量观测资料,对比分析了禁牧、放牧草地太阳总辐射、地表反射辐射、大气长波辐射、地表长波辐射、净辐射以及地表反照率的日变化和生长季变化规律的差异。结果表明：在生长季,太阳总辐射随着时间推进逐月递减;禁牧区的地表反射辐射总体小于放牧区;各月大气长波辐射日变化幅度很小,处于130—370 W·m^-2;禁牧、放牧条件下地表长波辐射存在明显的季节变化规律,但是二者之间的差异甚微。内蒙古典型退化草原生长季近地面辐射通量有显著单峰型日变化特征。禁牧、放牧草地地表反照率都呈现“U”型日变化规律。生长季放牧草地的反照率明显高于禁牧草地。在禁牧区,辐射分量（地表反射辐射、大气长波辐射）和植被指数（归一化差异植被指数）对净辐射的影响是正向极显著的;而地表反照率和另一辐射分量（地表长波辐射）对净辐射有显著的负向作用。在放牧区,地表反射辐射和大气长波辐射对净辐射有极显著的正向作用;而地表反照率和地表长波辐射对净辐射的作用则是负向显著的。植被状况是影响内蒙古典型退化草原近地表辐射能量收支过程的首要因子。     

青藏高原北部五道梁地表热量平衡方程中各分量特征

利用青藏高原北部五道梁地区实测的太阳辐射及气象资料,计算分析了高原北部地面热量平衡方程中各分量特征,定义了一个无量纲参量土壤热平衡系数k。结果显示:五道梁地区地表净辐射及地面加热场强度表现为夏季大,冬季小,地表净辐射累年平均通量为65.5 W/m2;土壤热通量自1997年来有增大的趋势;土壤热平衡系数有增大的趋势,平均值为1.17;感热及潜热是地面热平衡方程中的大项,其中感热居首位,潜热居其次;暖季感热、潜热以相反的趋势变化,Bowen比β值有下降的趋势。     

1987—1988年夏季长城站地区的热力和动力特征

本文利用1987～1988年夏季我国首次南极长城站边界层气象观测实验资料,运用近地层大气通量的平均廓线理论计算方法,分析了该地区夏季的热状况特征,并与南极内陆的瑞穗站及我国青藏高原等地区的热状况进行了初步比较。在夏季,长城站地面相对于大气而言,仍为热源,地面主要以潜热输送的方式加热大气。夏季长城站的热状况特征与我国青藏高原东部地区进入雨季后的情况相近。     

拉斯曼丘陵辐射平衡分量的观测研究

本文对东南极拉斯曼丘陵地区1990年2年—1991年1月近地面辐射平衡的观测资料进行了初步研究。结果表明,该地区辐射平衡各分量有明显的日变化和年变化。夏季辐射强度大,寒季小。大气透明度全年都很好,透明度系数大多在0.8以上,寒季的透明度系数略大于暖季。年平均总辐射强度为119.2W/m~2,10—3月的总辐射累积量约占全年辐射总量的90％。年平均反射率0.42,夏季裸地平均反射率为0.27,寒季雪面平均反射率为0.51。年平均净辐射强度为11.7W/m~2,地表相对大气而言是热源。10—3月净辐射强度为64.1W/m~2,4—9年净辐射强度为-40.6W/m~2,前者说明地表在该段时间内吸收热量,后者为损失热量。     

塔克拉玛干沙漠腹地辐射平衡和反照率变化特征

辐射平衡直接影响地气系统物质和能量交换,辐射平衡研究极其重要。本研究使用了2006年8月至2011年12月位于塔克拉玛干沙漠腹地塔中的塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站地表辐射和反照率观测资料,分析了辐射平衡和地表反照率季节变化和年变化以及各种典型天气下日变化的特征,并与其他地区进行了对比。结果表明：沙漠腹地辐射平衡各分量最小值均出现在1月,各分量最大值出现时间不一致,其中短波辐射5月最大,长波辐射7月最大,而净辐射最大值在6月。各辐射分量夏季最大,冬季最小;总辐射四季平均日变化极值低于青藏高原,与黑河戈壁相差不大;反射辐射春季与夏季、秋季与冬季差值较小。短波辐射和净辐射各季日峰值出现在12：00,长波辐射各季日峰值出现时间比短波辐射滞后1～3 h。大气长波辐射各季日振幅较小,约为地面长波辐射的1/5～1/4,且地面长波辐射各季日变化为不对称分布;长波辐射各季日最小值都出现在日出前1 h。多云、浮尘和沙尘暴天气辐射平衡日变化不规则,云量和沙尘对辐射各分量影响明显;沙尘暴日,大气长波辐射峰值可增加18%,而总辐射、反射辐射、地面长波辐射和净辐射峰值分别衰减了57.8%、54.0%、55.8%和21.9%。地表反照率3月最大（0.30）,7月最小（0.25）,平均值为0.27;夏季小,冬季大;晴天早晨和傍晚大,沙尘暴日最大。     

三江平原季节性积水沼泽湿地能量平衡要素研究

2005年6月1日到8月30日,在中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站沼泽综合试验场季节性积水沼泽湿地,观测了净辐射和土壤热通量;利用Penman-Monteith公式和地表能量平衡方程式计算了潜热通量和感热通量;同时用SHAW模型对以上4个能量平衡要素进行了模拟研究,并用观测值以及模型效率、标准差和平均方差检验和评价了其模拟效果。结果表明,三江平原季节性积水沼泽湿地净辐射在6月末至7月初较大;潜热通量主要受净辐射的影响,与土壤水分关系不密切;沼泽湿地地表在6月初至8月中旬以吸收能量为主,8月末以后则开始释放能量;感热通量在植物生长季的初期和末期较大,在中期则比较小。SHAW模型能较好的模拟出沼泽湿地的净辐射、潜热通量和土壤热通量;该模型虽对感热通量的模拟结果并不理想,但能较好的模拟其变化趋势。这说明SHAW模型基本适用于对季节性浅积水沼泽湿地（水深小于10cm）能量平衡各要素的模拟。     

土地覆被变化过程中叶面积指数与降水量对地表能量平衡的贡献——基于SiB2的模拟结果

土地覆被变化过程中,叶面积指数（LAI）是地表能量平衡重要的影响因素,且与降水等多种因素存在交互作用。以2003 年中国东北地区农田、森林和草地三种覆被类型和三种LAI月变化过程为研究对象,着重分离出土地覆被变化过程中LAI对地表能量平衡的作用,认清覆被和LAI 变化对地表能量平衡的相对作用。利用SiB2 模型研究不同降水条件下土地覆被和LAI 变化对地表能量平衡的影响。结果表明：① 覆被变化对净辐射的影响最大,年均14.5W·m^-2左右。② LAI 主要改变净辐射对潜热和显热的分配,对农田和草地而言,LAI 增加明显提高（减小）潜热（显热）分配比例;对森林而言,LAI对潜热和显热分配的影响较弱。③ 降水对净辐射的分配起重要作用,降水增加,潜热增加。④ 表层土壤水分受降水和LAI 调控,与潜热有相反的变化趋势。     

Trends in cloud amount and radiative fluxes at Syowa Station,Antarctica

Variations of cloud amount and radiative fluxes are a matter of discussion related to the recent climate change in the Arctic and Antarctic. It is also of great concern related to “from dimming to brightening” recently found. Discussions based on satellite data had been conducted; however, no solid results are obtained from the surface station data for a long term in the recent.At Syowa Station, Antarctica, meteorological observation has been continued for nearly 50 years. During this term, an annual mean cloud amount showed a gradual increase at a rate of 0.014/yr. Radiation budget was observed since 1991 as one of the BSRN stations. Trends of monthly mean radiative fluxes were compared with those of cloud amount and conformable relations were seen during the period from 1991 to 2004. A cloud radiative forcing was estimated. In December, a downward trend in net longwave and net total appeared, while an upward trend in net shortwave was seen, and all corresponded to the decrease of cloud amount in this month. On the other hand in June, an upward trend in net longwave forcing was seen, corresponding to the increase of cloud amount. On an average, cloud radiative forcings at Syowa Station represented those of Antarctic costal stations near sea ice area.     

敦煌湖泊湿地生态系统地表辐射平衡特征

利用2013年干旱环境背景下敦煌湖泊湿地生态系统的辐射数据,分析了该地区的辐射变化特征。结果表明：不同的天气背景,各辐射分量的日变化过程差异较大,晴天变化曲线呈平滑的单峰型,多云天气平滑度不如晴天,阴天、雨天和沙尘天气呈现了不规则的多峰型变化;各季辐射通量的日变化都呈单峰型,但收入量差异较大,极值出现的时间也不相同。向下短波辐射、向上和向下长波辐射、净辐射月总量的变化表现出明显的季节性,夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,向上短波辐射的月总量的季节变化不太明显。各辐射分量日平均值具有明显的季节性,夏、春季较大,秋、冬季较小,最大值出现在6月或7月,最小值出现在12月或1月。生长季的地表反照率要低于非生长季,各季日平均反照率都是早晚高,中午低,呈"U"型。     

Surface energy balance of Keqicar Glacier,Tianshan Mountains,China, during ablation period

The meteorological data of ablation season in 2005 were recorded by two automatic weather stations on Keqicar Glacier, in the southwest Tianshan Mountains of China. One is operated on the glacier near the equilibrium line with an altitude of 4,265 m (Site A) and another is operated on the glacier ablation area with an altitude of 3,700 m (Site B). These data were used to analyze the meteorological conditions and the surface energy balance (SEB) of Keqicar Glacier. Net radiation was directly measured, and turbulent heat fluxes were calculated using the bulk aerodynamic approach, including stability correction. The ablation value of 0.68 m w.e. derived from four ablation stakes is in close correspondence to the modeled value of 0.71 m w.e. During the observation period, net radiation accounts for 81.4% of the total energy with its value of 63.3 W/m². The rest energy source is provided by the sensible heat flux with a value of 14.4 W/m². Energy is consumed mainly by melting and evaporation, accounting for 69.5% and 29.7% of the total energy with their values of 54.0 and 23.0 W/m², respectively. Radiative energy dominates energy exchanges at the glacier-atmosphere interface, governed by the variation in net shortwave radiation. Net short-wave radiation varies significantly due to the effects of cloudiness and the high albedo caused by solid precipitation. Wind speed influences the turbulent heat fluxes distinctively and sensible heat flux and latent heat flux are much larger in July with high wind speed.     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

四种再分析辐射资料在东南极高原适用性评价

利用东南极Panda-1站2011年2月至2012年1月期间的辐射观测资料,检验了四种再分析资料在该地区的适用性。结果表明:对各辐射分量ERA interim在Panda-1地区的适用性都明显好于其他三种再分析资料,这主要归因于其四维变分(4D-VAR)数据同化系统的应用、新的云预报方程和改进的参数化方案以及同化了更多的卫星资料雷达等非常规探测资料。对于向下短波辐射,NCEP-1与实测值之间偏差最大(18.7 W·m-2),可能原因是模式对大气透明度的高估和对云量的低估。对反射率模拟的偏差直接导致了各模式对净短波辐射模拟偏差。NCEP-1与JCDAS都低估了Panda-1地区的地表反射率,模式中,地表吸收了更多的向下短波辐射,最终导致对净短波辐射模拟偏高。对向下长波辐射,四种再分析资料都存在不同程度的低估,冬季偏差大于夏季,其中NCEP-1与NCEP-2偏差最大(分别为-62.6 W·m-2和-37.3 W·m-2)。四种再分析资料均不能很好地反映Panda-1地区净辐射的年变化情况,一般而言,夏季偏差小,冬季偏差大。虽然再分析资料存在明显的缺陷和不足,在广袤的东南极高原地区,观测站点稀少,实测资料无法满足需要,再分析资料仍不失为研究东南极地区气候的一种有效工具。     

塔克拉玛干沙漠腹地秋季陆面过程特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中2014年10月的秋季涡动通量数据，分析了塔中秋季陆面过程通量变化特征。结果表明：（1）塔中秋季10月净辐射R_n、感热通量H、潜热通量LE、地表土壤热通量G₀峰值依次为273.0、141.6、5.0、105.0 W·m^-2，平均日总量依次为2.85、2.68、0.08、-0.57 MJ·m^-2，净辐射能量分配以感热能量输送为主。（2）不同典型天气下，净辐射日总量扬沙>晴天>阴天>降水；阴天、扬沙天气H随R_n不同程度削减而减少，降水天气潜热增多导致日变化特征有别于其他天气。（3）10月能量闭合率为79.0%，不同天气能量闭合率阴天>晴天>扬沙>降水，依次为86.8%、83.4%、79.4%、71.4%。（4）地表反照率晴天呈“U”型变化，阴天和扬沙天气地表反照率趋势变缓发生波动现象，降水天气波动较大，趋势先降低后回升。（5）月平均热通量日间为正值，夜间为负值。日间能量闭合率为73.9%，夜间为50.8%，存在较高的能量不闭合。     

北极苔原新奥尔松地区的地表辐射特征

利用我国北极黄河站所在地,德国Koldewey站1993-2003年的资料,对新奥尔松地区的地表辐射特征进行了初步分析。结果表明,由于云的影响,新奥尔松极昼期间的日照百分率仅为32.2%。暖季由于下垫面地表冰雪融化,地表反射率迅速减小,地面吸收辐射和地面有效辐射都迅速增大。全年累计的净辐射为正值;暖季是接受太阳辐射能的主要时段,寒季接受的太阳辐射能极少。虽近10年来新奥尔松地区的气温增加十分显著,但各辐射量的变化趋势不明显。地表辐射实测值与同期NCEP/NCAR相邻格点逐日资料的比较表明,NCEP资料对各辐射项模拟的精度不高。     

An overview of the spatial patterns of land surface processes over arid and semiarid regions

With data from the project Collaborative Observation of Semi-arid/Arid Regions in North China, collected during July and September 2008, the spatial patterns of land surface processes over arid and semiarid regions have been investigated based on the ordinary Kriging interpolation approach. Generally, for the radiation processes, downward and upward short-wave radiation have a uniformly increasing trend with latitude, but the spatial patterns of long-wave radiation present notable regional differences: both upward and downward long-wave radiation increase with latitude in the west of North China, while in the east they vary inversely with latitude, suggesting surface temperature and clouds respectively have feedbacks to the long-wave radiation in the west and east of North China. The surface net radiation basically has a negative latitudinal trend. Long-wave radiation budget plays an important role in the spatial pattern of surface net radiation, particularly in the east of North China, although short-wave radiation budget largely determines the magnitude of surface net radiation. For the energy processes, latent and sensible heat flux varies conversely with latitude: more available land surface energy is consumed by evaporating soil water at lower latitudes while more is used for heating the atmosphere at higher latitudes. A soil heat flux maximum and minimum are found in Loess Plateau and Qinghai Plateau respectively, and a maximum is seen in the northeast China.     

天山季节性积雪的能量平衡研究和融雪速率模拟

本文采用能量平衡法模拟计算中国西部天山山地季节性积雪的融雪速率。结果表明:在融雪期,净辐射和感热通量分别占融雪能量输入的75.3%和22.6%;用于融雪和雪面蒸发所消耗的能量分别占吸收能量的95.1%和4.9%。用能量平衡法所计算的融雪速率和实测的雪面数据吻合的较好,表明用能量平衡法估算天山山地季节性积雪的融雪速率是可行的。     

土地利用类型转换对地表能量平衡和气候的影响——基于SiB2模型的模拟结果

利用SiB2 模型对中国东北地区农田、草地和森林3 种土地利用类型的地表能量平衡过程展开研究,分析不同土地利用类型对生物地球物理参数（反照率和粗糙度）、能量平衡（净辐射、潜热和显热）和气候（冠层温度）的影响。结果表明：①模型模拟的地表能量平衡与实测数据的年变化动态相似（R²>0.42）,差值保持在±30 W/m²,温度在±4 ℃。②利用相同气象数据模拟不同土地利用类型通过生物地球物理过程对地表能量平衡和气候的影响,发现森林吸收的净辐射最高且主要用于潜热分配,农田的净辐射最低且主要用于显热分配,草地净辐射和能量分配居中。③生态系统获得的净辐射主要受反照率的影响,净辐射分配受叶面积指数的调节。④冠层温度（℃）受反照率和净辐射在潜热和显热间分配的相对重要性的影响：年平均值为森林（7.7）>农田（7.64）>草地（6.67）。⑤降水对模拟结果有显著影响,是森林模拟差异的主要原因。在不同土地利用类型中,降水增加土壤水分,净辐射更多分配到潜热,较少分配到显热,降低冠层温度。     

EFFECT OF VIEWING GEOMETRY ON REMOTELY SENSED NET RADIATION MEASUREMENTS FOR VEGETATED AND NON-VEGETATED SURFACES

Increased use of remotely sensed data for estimation of land-surface climatological variables such as the radiation and energy balance has underscored the need to understand errors inherent in remote sensing systems. The effects of viewing geometry on the signal received at the sensor have been examined for a variety of surface types, but systematic study of how sensor viewing geometry may introduce error into remote measurements of surface climate parameters is lacking. In this paper, close-range remote sensing is used to assess error caused by viewing geometry in remote measurements of net radiation, an important surface climate variable. Estimates of net radiation were made by inserting remotely sensed values of albedo and surface temperature into the surface radiation budget equation. Two contrasting surfaces, one vegetated and one bare, were evaluated at seven view angles and five azimuth angles. The remote net radiation measurements for each combination of view and azimuth angle then were compared to reference measurements to assess error. Results indicate that, under cloud-free conditions, view angle can affect measurement accuracy substantially, and that off-nadir view angles ranging from 15° to 30° in the forward-scatter direction are optimal. The potential impact of these findings on studies of the spatial variation of the surface radiation budget from spaceborne remote sensing platforms is discussed. [Key words: land-surface climatology, remote sensing, radiation budget, net radiation.]     

海南岛橡胶林辐射通量特征

热带橡胶人工林作为我国热带地区最重要的生态系统,在森林辐射研究中扮演着重要角色。随着橡胶林在我国热带地区大面积地种植,对其生态效应的质疑也在增加,有必要对其辐射通量进行研究。基于海南岛橡胶林2010年1 a的辐射观测数据,分析了其时序变化和分配等规律。结果表明：研究区橡胶林的太阳总辐射（DR）、反射辐射（UR）和净辐射（NR）通量日变化呈典型的单峰曲线,大气逆辐射（DLR）、森林长波辐射（ULR）、长波有效辐射（Ln）呈波浪形;各辐射总量除Ln 外,均为雨季大于旱季;海南岛橡胶林DR年总量为5 356.99 MJ/m2,NR、UR和Ln占其比例分别为67%、15%和18%;NR通量分配率日变化呈倒“U”型曲线,Ln和UR通量分配率则呈“U”型曲线。另外,文章还研究了各辐射通量间的关系。2010年全年反射率均值为14.18%,全年DLR与ULR之比为92.89%,净辐射NR与太阳总辐射DR关系最为密切。     

冬小麦能量平衡及蒸散分配的季节变化分析

本文分析了华北平原冬小麦生态系统辐射收支、热量平衡以及蒸散在冠层蒸腾和土壤蒸发之间的分配特征。结果发现，在冬小麦生长过程中，系统截获的太阳短波辐射随小麦的生长而变，它占太阳总辐射的比例，初期为０．８左右，尔后随叶面积的增加而逐渐下降，在孕穗期最小，约为０．７５，之后，随叶片枯黄、麦穗的成长又上升，最后可达０．８６。净辐射占太阳总辐射的比例，可分成如下３个阶段：拔节期比值较低，约为０．４５；孕穗抽穗期约为０．５；灌浆期比值最大，约０．５７。随着叶面积指数（ＬＡＩ）的增加，土壤热通量与净辐射之比，由返青初期的０．１３迅速下降，直至较为稳定的０．０６。潜热通量消耗净辐射的大部分，且随ＬＡＩ的增加而增大。从返青到乳熟的５８天内（４月１日～５月２８日），麦田总蒸散量约为２５０ｍｍ，其中土壤蒸发量约为５０ｍｍ，冠层蒸腾约为２００ｍｍ，分别占总蒸散量的２０％和８０％。