陇中黄土高原夏季地表辐射特征分析

 利用实测辐射资料揭示了陇中黄土高原半干旱区夏季辐射特征。结果表明:该地区夏季晴天辐射比较强烈,总辐射最大瞬时值超过1 000 W\5m-2,有时甚至超过太阳常数。春小麦下垫面平均总辐射与典型晴天的日变化比值在0.6～0.8之间,净辐射比值在0.4～0.6之间,在裸地时也表现出同样的特点,表明在半干旱区云和降水对地表辐射的影响比较大。此外,日平均反射率起伏较大,最大为0.24,最小为0.11;春小麦下垫面的地表反射率为0.17,裸地为0.20。植被叶表面的水珠会导致反射率增大,而风速的增大会引起反射率的突变。受土壤湿度及太阳高度角和天气状况等因素的综合影响,不同天气条件下的地表反射率日变化呈现出比较大的差异。     

荒漠地区地表反照率与土壤湿度相关性研究

本试验分别对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区流动沙丘和1964年建植的人工固沙植被区生物土壤结皮的地表反照率和土壤湿度进行了同步测定。分析了该区这两种地表类型的反照率与太阳高度角和土壤湿度的相关性,分别提出了地表反照率与太阳高度角和土壤表层(0～2 cm)湿度的经验拟合关系式。结果表明,地表反照率随太阳高度角增加呈指数递减;排除太阳高度角的影响后,地表反照率随土壤湿度的增加也呈指数递减关系;流沙地表反照率对土壤湿度变化的响应要比生物土壤结皮地表敏感。     

青藏高原腹地多年冻土区地表反照率的季节变化及主要影响因子

准确获取青藏高原地表反照率的季节变化特征对高原地表能水循环研究具有重要意义。本文利用青藏高原多年冻土区西大滩和唐古拉2007年的气象及辐射数据,运用相关分析方法研究了太阳高度角、积雪及活动层冻融过程对地表反照率变化的影响。结果显示:冷暖季降雪过程中地表反照率的变化差异较明显;地表无积雪覆盖期间,地表反照率与气温和表层土壤含水量呈反相关关系。利用多元回归分析法构建了以积雪日数和气温为影响因子的月均地表反照率计算回归方程,经检验与观测值对比平均相对误差为7.1%,可用于青藏高原北部地表反照率的估算。     

塔克拉玛干沙漠塔中与巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射特征对比

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中和巴丹吉林沙漠北缘拐子湖两个陆气通量监测站2013年2月-2014年1月地面辐射观测数据及相应气象资料,对比分析塔中和拐子湖两地的太阳辐射通量和地表反照率差异特征,同时也探究了两地太阳辐射通量和地表反照率与太阳高度角之间的关系。结果表明：（1）塔中和拐子湖两地各辐射通量均呈较为同步的季节变化特征;具有太阳辐射优势的塔中地区因沙尘天气的影响在部分月份地表总辐射小于拐子湖地区;拐子湖由于地表沙粒相对较粗且包含大量透明度较高的石英颗粒,地表反照率和反射辐射均大于塔中地区;两地各辐射通量月平均日变化均呈现出标准倒"U"型结构;（2）拐子湖较粗的地表沙粒导致沙尘天气过后不易形成浮尘,沙尘天气过后各辐射通量恢复至发生之前的状态较塔中地区迅速;（3）两地太阳高度角夏季最大,冬季最小,最大值均可达75°左右,最小值塔中和拐子湖地区分别为45°和40°;各辐射通量随着太阳高度角的升高而增加,地表反照率随之减小,但受多种因素影响各辐射通量最大值并未出现在太阳高度角最大的时候。     

青藏高原西部地面反射率的日变化以及与若干气象因子的关系

根据1997年10月至1998年11月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站连续观测的大气、辐射和土壤资料,在分析高原西部地面反射率冬、夏季日变化特征的基础上,重点研究了地面反射率与土壤和大气若干重要因子(如土壤湿度、土壤温度、空气相对湿度、空气温度)的关系。研究结果有助于改进气候模式和卫星遥感中高原地面反射率的参数化方案。     

不同辐射校正水平下植被指数特征对比分析

基于不同辐射校正水平的遥感数据,分别利用遥感影像的灰度值(DN)、表观反射率(TOA)与地表反射率(Surface)提取研究区NDVI,采用定量遥感和回归分析方法从空间和时间两个方面对不同辐射水平下提取的NDVI变化特征进行了详细的对比分析,定量评价了大气对于提取的植被指数的影响。结果表明:在空间特征上,根据灰度值、表观反射率与地表反射率提取的NDVI基本都可以用来反映植被信息变化特征,相应的NDVI值呈逐渐增加趋势;根据地表反射率反演的NDVI曲线差异明显。在时间特征上,NDVI整体呈现显著上升的趋势,其中基于地表反射率的NDVI与年际之间线性关系最好,且NDVI最高。     

VIIRS-TVDI法反演干旱区农田土壤湿度北大核心CSCD

在国内首次使用MODIS/AVHRR的后继VIIRS产品,依其每日地表反射率产品(GIGTO-VI1~5BO)计算NDVI,结合每日陆表温度产品(GMTCO-VLSTO),计算新疆农七师125团2015年6月29日~7月10日的TVDI结果,利用同期地面实测土壤含水率进行验证,R^2=0.846,两者之间不相关的双尾检验值<0.001。结果表明,构建的土壤湿度模型对农田土壤含水率有较好的反应,并将该模型推广到全天山北坡经济带地区。利用VIIRS数据构建的TVDI特征空间表现优秀,拟合结果良好;该数据因其自身幅宽、高时间分辨率等优势,应用于新疆农田土壤湿度监测,具有一定优势,可弥补VIIRS产品在我国该领域使用的空白。     

陇中黄土高原土壤水分变化特征及其机理分析

基于兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2010年全年的观测资料,对陇中黄土高原半干旱区土壤水分的年变化和日变化特征进行了研究,并通过计算水汽通量与蒸散量,探讨了土壤-地表-大气间水分的交换和运移机理。结果表明：土壤湿度的季节变化主要受降水影响,各季节的平均土壤湿度均呈现出表层和深层低、中间层高的特点,最高值出现在地下10 cm附近;在无降水的情况下,土壤5~20 cm处的含水量呈现出夜间逐渐降低、白天逐渐上升的波形变化,这种变化与土壤水汽通量具有很好的一致性,而水汽通量的方向则受温度梯度的影响;在白天,地表温度高于气温与较深层地温,水汽在向空气蒸散的同时也由地表流向土壤深部,夜晚地表温度则低于较深层地温,水汽由土壤深部流向地表。因此土壤内部的水分蒸发主要出现在夜晚,且主要发生在地表40 cm以内的土壤孔隙中,而白天地表的实际蒸发主要存在土壤浅层0~5 cm,5 cm以下土壤水分的蒸发十分微弱。本研究结果对于改进半干旱区陆面计算模式以及当地的生态环境建设具有一定的参考价值。     

VIIRS-TVDI法反演干旱区农田土壤湿度

在国内首次使用MODIS/AVHRR的后继VIIRS产品,依其每日地表反射率产品(GIGTO-VI1~5BO)计算NDVI,结合每日陆表温度产品(GMTCO-VLSTO),计算新疆农七师125团2015年6月29日~7月10日的TVDI结果,利用同期地面实测土壤含水率进行验证,R~2=0.846,两者之间不相关的双尾检验值0.001。结果表明,构建的土壤湿度模型对农田土壤含水率有较好的反应,并将该模型推广到全天山北坡经济带地区。利用VIIRS数据构建的TVDI特征空间表现优秀,拟合结果良好;该数据因其自身幅宽、高时间分辨率等优势,应用于新疆农田土壤湿度监测,具有一定优势,可弥补VIIRS产品在我国该领域使用的空白。     

VIIRS-TVDI法反演干旱区农田土壤湿度

通过在国内首次使用MODIS/AVHRR的后继VIIRS产品,依其每日地表反射率产品(GIGTO-VI1~5BO)计算NDVI,结合每日陆表温度产品(GMTCO-VLSTO),计算新疆农七师125团2015年6月29日~7月10日的TVDI结果,利用同期地面实测土壤含水率进行验证,R2=0.846,两者之间不相关的双尾检验值0.001。结果表明:构建的土壤湿度模型对农田土壤含水率有较好的反应,并将该模型推广到全天山北坡经济带地区。利用VIIRS数据构建的TVDI特征空间表现优秀,拟合结果良好;该数据因其自身幅宽、高时间分辨率等优势,应用于新疆农田土壤湿度监测,具有一定优势,可弥补VIIRS产品在我国该领域使用的空白。     

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。     

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。     

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。     

Approaches to Modelling the Surface Albedo of a High Arctic Glacier

Broadband surface albedo measurements, made during the summer melt season at three weather stations on John Evans Glacier (79°40 ' N, 74°00 ' W), varied strongly with the solar zenith angle ( θ _z ). Tests were carried out to assess the impact of diurnal variations in surface albedo on seasonal net shortwave radiation ( K ^* ) totals. Removing the diurnal signal from albedo measurements by daily averaging of hourly measurements, or by applying midday measurements to all hours of the day, changed K ^* by up to 16%. Ignoring measurements made at θ _z & 75°, to account for measurement (cosine) error at high θ _z , decreased K ^* by between 5 and 18%. Given the sensitivity of K ^* to diurnal patterns in surface albedo, experiments were carried out with two albedo models. One model accounted for albedo variations with θ _z and one did not. The model driven by θ _z , when implemented within a surface energy balance model for John Evans Glacier, produced better melt estimates. This suggests that diurnal variations in surface albedo should be accounted for in energy balance models of glacier melt.     

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。     

昆明市太阳辐射变化特征及影响因子分析

根据1993—2016年昆明市24 a太阳辐射及其他相关资料,采用回归分析、Mann-Kendall突变检验、小波分析和灰色关联度等方法,分析昆明市地面太阳辐射变化特征,并对其影响因子进行了分析。结果表明,近24 a来昆明市地面接收年太阳辐射量在4620.21~6221.65 MJ/m ²之间变化,最大值出现在2016年,最小值出现在2008年,平均每年的太阳辐射为5598.06 MJ/m ²,且整体上呈现波动式上升趋势。昆明市干湿季分明,干季(11月—次年4月)地面得到的太阳辐射量较多,为2825.22 MJ/m ²,雨季(5—10月)较少,为2774.41 MJ/m ²;一年中地面接收太阳辐射量最多月份在4月,其值为604.75 MJ/m ²,最少的是12月,其值为361.01 MJ/m ²,相差243.74 MJ/m ²。地面接收的太阳辐射有一个突变点为2014年,但不明显。年小波分析表明,近24 a昆明市各年地面接收的太阳辐射量主周期为15 a;季节小波分析发现,干季比雨季振幅大,其主周期都为19 d。近24 a昆明市地面太阳辐射受自然和人为因子共同影响,其中自然因子对太阳辐射影响最大的是降水量,人为因子中对太阳辐射影响最大的是工业总产值,且自然因子的作用大于人为因子。     

An analysis of short-term albedo variations at Haut Glacier d'Arolla, Switzerland

Abstract An analysis of ten‐minute albedo variations, recorded on Haut Glacier d'Arolla, Switzerland, over an 11 day period in the 1999 ablation season is presented. Most of the short‐term (<1 day) albedo variability is caused by variations in cloud cover, while solar zenith angle variations in the range 25° to 75° are of minor importance, probably due to the predominantly cloudy conditions during the measurement period. A new method to calculate albedo variation as a function of cloud cover is developed. Short‐term albedo variations are expressed by the ratio of the measured albedo to the daily albedo ‘minimum’, defined as the albedo under cloud‐free conditions when the solar zenith angle is <50°. Variations in cloud cover are quantified by the ratio of the measured incoming shortwave radiation flux to the theoretical direct‐beam shortwave radiation flux. The resulting relationships are successful, explaining 83% and 87–90% of short‐term albedo variation on snow and ice respectively, and may be incorporated into albedo parameterizations already used in numerical energy balance melt models, without the need for additional data. Simulations with a glacier energy balance model suggest that melt rates are overestimated by between 1 and 3 mm water equivalent per day if a correction is not made for the increase in albedo under cloudy conditions. Other causes of albedo variation are identified and evidence is found for the removal of fine debris from the glacier surface by intense rainfall, leading to an albedo increase. The implications for energy balance models and satellite‐derived albedo measurements are discussed.     

古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠。利用2017年该沙漠克拉美丽站辐射资料,分析了古尔班通古特沙漠不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征。结果表明：（1）不同月份沙漠辐射收支各分量月平均日变化均呈单峰型,但极值大小及出现时间存在差异。各分量曝辐量季节变化明显：太阳总辐射表现为生长期（4—9月）>积雪期（1—3月）>凋零期（10—12月）,反射短波辐射表现为积雪期>生长期>凋零期,长波辐射和净辐射均表现为生长期>凋零期>积雪期。（2）地表反照率4—11月的日变化均呈“U”型曲线,年均值为0.367,积雪期、生长期、凋零期的平均值分别为0.7、0.246和0.27,其中1月1日至3月15日的日均值均高于0.7,这是该期间古尔班通古特沙漠存在稳定积雪所致。（3）晴天各分量日变化均为倒“U”型曲线,多云和雨天则不如晴天平滑,雪天短波辐射和净辐射日变化呈倒“V”型,长波辐射无明显日变化。降雨前后地表反照率日均值表现为雨前晴天>雨后晴天>雨天,降雪前后表现为雪后晴天>雪天>雪前晴天。（4）融雪前后各分量变化明显,积雪快速融化时地表反照率和反射短波辐射逐日减小,净辐射则反之,积雪完全融化前地表长波辐射一直较弱,积雪完全融化后逐渐增强。