复杂条件下湍流通量的观测与分析

随着气候与环境问题的突出，地球生态系统与大气间的CO2、水汽和能量交换引起更大关注。全球通量网和其它研究计划已在不同地区建立了大量通量站；并主要利用涡动相关方法进行通量的观测与分析。许多通量站设在地形起伏、斑块植被地区，且由于长期连续运转，不可避免地会遇到许多不利气象条件。国内各部门应用的涡动相关方法通量观测系统已有数百套。此方法似乎简单，而较准确的有代表性的通量取得却涉及许多问题。国外近10年来有关研究很活跃，国内则显得相对薄弱。仪器和台站很多，却缺乏合乎国际规范的处理程序和质量控制体系，影响到资料共享和合作研究。应根据国际最新进展和部分台站资料，在做成较规范的湍流资料处理程序的基础上，建立包括通量源区分析的质量控制与保证系统。对地形和植被都较复杂的情况，结合国际上几个较典型的通量站和国内祁连山大野口等通量站特点，做了简要介绍。      

青藏高原能量和水循环试验研究--GAME/Tibet与CAMP/Tibet研究进展

“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究”(GAME/Tibet)和“全球协调加强观测计划(CEOP)亚澳季风之青藏高原试验研究”(CAMP/Tibet)的加强期观测和长期观测已经进行了8年多,并取得了大量的珍贵资料和一系列研究成果。本文首先介绍了GAME/Tibet和CAMP/Tibet试验的科学目标、研究内容、试验区概况、仪器设置、观测时间及资料采集的情况,然后介绍了这两个试验在地气相互作用的观测研究、观测与卫星遥感资料相结合估算区域陆面过程参数和对青藏高原陆面过程的数值模拟及藏北高原降水的时空变化等方面的研究进展,同时指出了目前试验研究中所存在的问题并提出了解决问题的途经。     

应用涡旋相关方法对戈壁地区湍流输送特征的初步研究

利用微机技术建立了一个较为廉价的近地层大气湍流数据实时采集处理系统,在1988年黑河预实验中工作良好,取得了一套较为完整的数据。对戈壁沙滩点的风、温、湿湍流脉动数据进行统计分析和涡旋相关方法处理,结果表明近地层大气的湍强特征符合一般规律。通量分析指出,戈壁地区的水汽通量在白天的绝大多数小时都呈负值(向下),而夜间为正。文中对湍流谱的特征也进行了初步分析。     

黑河实验（HEIFE）的一些研究成果

本文回顾了黑河实验（ＨＥＩＦＥ）的执行情况，总结了到目前为止的主要研究成果。得到了干旱地区陆面过程地表参数、地表能量平衡特征和湍流通量参数化的结果。同时得到了干旱地区陆面过程的物理机制同湿润地区有质的差异这一认识：同湿润地区不同，干旱地区地表蒸散和植被过程并不是地表能量平衡中的控制因子，因为感热并不输送到自由大气仅是大气边界层的强迫因子；而潜热输送给自由大气并且潜热的释放是大气环流的主要能源，但干旱地区很少或没有水汽和潜热输送到自由大气，所以干旱地区自由大气不能从地面得到热能；地表反射率大和向上长波辐射强致使净辐射亏损大；基于以上原因，干旱地区可能是一个水汽输送和热能的“汇”。这些结果使我们能更好地理解干旱地区的陆面过程。黑河实验的结果以系统的观测事实证实了绿洲的冷岛效应，临近绿洲沙漠的逆湿现象，即夏季白天常常是绿洲有感热向下输送，临近绿洲的沙漠有水汽向下输送。这些结果揭示了绿洲和沙漠环境相互作用的较完整图像     

美国国家环保局现行大气质量模式的特点和应用

现在,大气质量模式已成为美国环保机构实施大气质量管理的重要组成部分。本文介绍了美国国家环保局在《空气质量模式指南》和《大气污染应用模式用户网(UNAMAP)》中发布和推荐的有关模式的特点与应用。     

黑河遥感试验中尺度上推研究的进展与前瞻

尺度问题是遥感科学研究的一个关键科学问题,但其理论和方法的发展严重受限于稀缺的多尺度观测数据。黑河生态水文遥感试验(Hi WATER)的核心目标之一是开展多尺度观测以支持尺度转换研究。本文综述了Hi WATER中定点观测的尺度上推研究进展,内容包括:(1)尝试严格定义了空间平均、空间尺度上推、观测足迹、代表性误差、观测真值等概念;(2)介绍了Hi WATER获取的多尺度(单点—像元—区域—流域)生态水文观测数据;(3)发展了基于地统计理论的多尺度采样方法,改进了基于时间稳定性的采样方法;(4)定量评估了辐射、碳通量、土壤水分、地表温度单点观测的代表性误差,实证了异质性地表遥感产品真实性检验的不确定性主要来源于观测的时空代表性;(5)发展了定点观测的尺度上推方法,将克里格方法推广至回归克里格、面到面、不等精度观测等情形,发展了贝叶斯框架下的非线性尺度上推方法,实证了引入遥感观测作为协同信息可显著提高尺度上推的精度。总之,Hi WATER初步形成了从采样设计、多尺度观测、代表性误差的度量、尺度上推新方法到真实性检验的研究框架。     

毛乌素沙地蒸散量的遥感研究——以内蒙古乌审旗为例

地表蒸散量的准确估算对全球气候变化研究以及水资源的科学管理意义重大。本文以毛乌 素沙地腹地---内蒙古乌审旗为例, 应用基于互补相关原理的平流- 干旱模型, 结合1km 分辨率 的NOAA/AVHRR、MODIS 反照率资料和气象资料, 对乌审旗1981~2003 年的地表蒸散量进行了 估算, 并对其时空分布进行了分析。结果表明: (1) 乌审旗多年平均年蒸散量为252mm, 变化在 200~310mm 之间, 从西北向东南递增; 多年平均年蒸散量的相对变率在10%~24%之间, 从西北 向东南递减; 逐年蒸散量分布趋势基本一致, 都是从西部地区向东部地区递增。(2) 以2002 年为 例, 按照土地利用/土地覆盖类型划分, 蒸散量最大的是水体, 耕地次之, 再次是草地和林地, 沙地 最小。(3) 蒸散量年际变化大, 最大年份在300mm 以上, 最小年份在200mm 左右; 从年内变化看, 蒸散量呈“单峰”正态分布, 一年内蒸散量主要集中在6~9 月份。(4) 通过误差分析可以看出, 乌审 旗蒸散量的模型估算值比实际测量值偏低, 大约低9%左右。     

近20余年来西北地区植被变化特征分析

利用1982—2003年8 km分辨率的NDVI数据集,选中国西北地区森林、草原、灌溉农业、雨养农业区不同类型植被为研究区,分析了植被年、年际变化特征,并对植被覆盖空间变化进行动态研究.结果表明:森林、草原、灌溉农业区和以春小麦为主的雨养农业区NDVI年变化为单峰型曲线,以冬小麦为主的雨养农业区NDVI曲线呈双峰型;同一类型的植被NDVI受纬度或海拔高度的影响,绿峰出现时间存在1个月的位相差.22 a来森林植被NDVI多呈下降趋势,草原植被区为上升趋势;雨养农业区变化不大,灌溉植被区呈显著的上升趋势.西北东部雨养农业区植被波动频率和幅度最大,是受降水影响最敏感的地区;森林植被次之;有灌溉条件的绿洲植被,年际间波动最小.22 a间西北地区植被以增加趋势为主,增加面积约为20.5%,主要分布在新疆和河西走廊绿洲、黄河沿岸灌区以及青海草区,水分条件充足的绿洲是NDVI增加最显著的区域;NDVI减少地区面积为4.77%,主要分布在西北东部.     

干旱区热力学粗糙度特征及对感热通量估算的影响

利用ＨＥＩＦＥ的实测资料估算了黑河实验区几个沙漠戈壁表面上的热力学粗糙度（以附加阻尼ｋＢ＾－１的形式）,发现在任一测站ｋＢ＾－１值的变化范围较大,同时分析了附加阻尼项在估算感热通量时的作用,而忽略该附加阻尼将会导致对感热通量的明显高估,提出在利用阻尼型公式计算感热通量时,不能采用简单的ｚ０ｍ＝ｚ０ｈ的假设,否则会带来较大误差。     

基于互补相关原理的区域蒸散量估算模型比较

利用黄河流域1981~2000年期间的气象、水文资料,结合卫星遥感信息和数字高程模型,检验了平流-干旱、CRAE (Complementary Relationship Areal Evapotranspiration)、Granger等互补相关模型在不同时间尺度、不同气候类型区域上的计算精度,讨论了不同气候因子对计算误差的影响,并分析了模型参数的变化规律。结果表明：平流-干旱模型、CRAE和Granger模型估算的年蒸散量除了干旱年份外,误差都在10%以下。平流-干旱模型估算的月蒸散量比较合理,而CRAE模型与Granger模型都存在冬季月蒸散量估算过高的问题。平流-干旱模型与Granger模型的水量平衡闭合误差空间分布比较一致,计算效果是比较理想的,而CRAE模型的水量平衡闭合误差比较大。互补相关模型在湿润和干旱的条件下以及在可利用能量比较高和比较低的条件下,计算效果比较差。互补相关模型的经验参数在不同年型、不同气候类型区域有不同的最优值。