晴天地表总辐射和净辐射瞬时值计算方法

以较为精确的大气辐射传输模式为基础,研制出晴天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方案。与以往的经验计算方法不同,该方案将辐射传输带模式的思路引入地面太阳辐射计算,并尽可能将大气中吸收和散射物质对太阳辐射的影响考虑进去,从而使该方法具有较好的精确性和普适性。在此基础上采用了Kokhanovsky等人提出的大气气溶胶反射率和透过率参数化方案,使得气溶胶对地面总辐射和净辐射的影响得到较好的处理。采用的自变量都是数值预报模式或卫星观测能提供的气象要素,因此该方案即可用于数值预报模式或陆面过程模式计算地表辐射平衡,又可以利用卫星观测或再分析资料估算地面太阳能资源分布。利用美国能源部三个大气辐射观测站点2005年全年的观测资料及欧洲宇航局提供的卫星反演气溶胶资料对计算方案进行了检验。结果表明,该方法十分精确,所有点的平均相对误差都小于6%,误差的均方差都小于0.3 W•m^-2。     

华北平原冬小麦根系在土壤中的分布研究

小麦根系在土壤中的分布是准确量化植被与气候相互作用不可缺少的参数,也是小麦生产的科学管理和节水农业发展的重要科学依据。利用中国气象局固城生态环境与农业气象试验站大型根系观测系统,观测冬小麦“济麦-22”的根系参数,对根长、根长密度、根重密度和根系粗度在土壤中的垂直分布进行分析。结果表明：垂直方向上,冬小麦的根量（根长和根干重）随土壤深度增加呈减少分布。重旱、轻中旱、适宜和偏湿4种处理的根长垂直分布与自然对照的相关系数分别为0.91、0.29、0.90和0.86,其中重旱与自然对照的相关性最好,轻中旱较差。土壤水分可以影响冬小麦根系的生长。土壤水分充足时,有利于根系生长,使表层根系量增多,根干物质量增加;土壤水分亏缺时,则相反。轻度干旱有利于中下层根系的延伸生长。冬小麦的根长密度与根重密度的相关系数呈显著的正相关,根系粗度随土壤深度的增加减少。     

湿度效应及其对降水中δ18O季节分布的影响

提出了湿度效应的概念,即降水中稳定同位素比率与大气的温度露点差ΔT_d存在显著的正相关关系.对两个气候特征完全不同的取样站乌鲁木齐和昆明降水中δ¹⁸O与温度露点差之间的关系进行了分析,尽管两站的δ¹⁸O与ΔT_d的季节变化存在差异,但它们的湿度效应是显著的.利用稳定同位素动力分馏模型并根据500hPa月平均温度的季节分布对昆明站云中凝结物中δ¹⁸O进行了模拟,模拟的月平均δ¹⁸O与月平均温度的变化具有非常好的一致性,说明昆明站云中凝结物中的氧稳定同位素具有温度效应.这个结果与地面降水中氧稳定同位素的降水量效应截然不同.昆明站降水中δ¹⁸O一定程度上指示大气的干湿状况,同时也间接地指示降水量的多寡或季风的强弱.湿度效应的存在,影响降落雨滴中稳定同位素蒸发富集的强度以及雨滴与大气之间稳定同位素物质迁移的方向.它不仅改变降水中稳定同位素比率的大小,也改变其季节分布的特点.     

利用卫星遥感资料反演感热和潜热通量的研究综述

区域平均感热和潜热通量是气象、水文、生态模式中的关键物理因子,卫星遥感反演为观测区域平均感热和潜热通量提供了可能。对利用卫星遥感资料反演地气通量的方法进行了总结和评述。首先描述了现在常用的反演方法,分析了方法中的各种假定对反演结果的影响,并对不同的模式反演结果进行了比较。还指出了评价卫星反演通量的精度时需要注意的问题。最后对该领域内现存的问题与发展方向进行探讨。     

近百年全球平均气温年际变化型态的低频变率特征

利用时间上扩展的经验正交函数（TEEOF）分析方法，对近百年全球及南北半球平均气温一年、三年、六年和十年的变化形态及其频率进行诊断，结果表明，TEEOF第一模态占总方差贡献的50％以上，各种年际振动的第一模态基本上代表了与气候变化有关的年变化型，并能反映出气温的长期趋势变化，特别是十年际的第一模态，冬季气温湿示出较强的上升趋势，相应的第一时间主分量趋势与实际温度序列的走势非常一致。全球及南北半球各时域TEEOF除第一模态及一年TEEOF的第模态外，其它特同量所表示的年际变化型态各有差异，相应主分量都与一定的年际准周期振动结构的长期变率有关。年变化型态的T^2检验表明，南半球及全球的突变时间与年平均气温单要素t检验结果差异不大，而北半球的差异明显，表明T^2检验，对具有多变量的型态突变的检测比单要素的t检验理为合理。     

青藏高原西部地表通量的年、日变化特征

利用青藏高原西部地区改则和狮泉河两个自动观测气象站1998年全年每天24个时次的风速、温度和湿度等梯度观测资料,采用湍流相似理论．计算了改则和狮泉河的动量通量、感热通量以及潜热通量。结果表明：改则和狮泉河两地的地表湍流通量都具有明显的季节变化和日变化,且其季节变化的相同点表现在感热通量均在5月份最大,1月份最小：而潜热通量均在8月份最大。不同点表现在改则的潜热通量在12月份最小,狮泉河1～5月平均潜热通量为负,以凝结为主,改则的月平均蒸发及全年的蒸发总量比狮泉河的要大。而其感热通量比后者的都小。日变化幅度随季节变化明显,表现在夏季地表通量的日变化幅度大,冬季要小得多。     

降水气候强迫下非均匀地表区域平均径流的一种参数化方案

将任一中尺度区域的平均瞬间径流率考虑为区域平均降水量和地表土壤层水分渗透垦的余项.根据降水量在地理空间上分布的实测资料拟合其空间概率密度函数(PDF),并结合土壤入渗物理过程的数学描述及其经验公式,精确估计出地表土壤渗透率及其空间分布,由此建立区域地表径流率的统计-动力学估计方案.换言之,区域内地表产流率可视为区域平均降水量与区域平均的土壤下渗量之差值,而区域内土壤的平均下渗量又町分为非饱和区和饱和区两部分的下渗量来分别计算.就陆面水分循环的物理过程而言,地表入渗现象是在一定的下垫面特性基础上,由一定的水分供应源而形成的.根据大气降水向地表层输送水分的物理过程,在满足植被表层覆盖需水(截流水)和地表层土壤人渗水基础上,多余的降水量才会形成地表径流.凶此,推求地表产流率的主要关键在于地表土壤层需水量.为此奉文根据土壤水分通量方程推导出水分入渗公式.又从描述土壤水分和降水的空间PDF出发,推导出非均匀土壤含水量及降水气候强迫所形成的次网格尺度区域平均径流率计算公式.利用长江三角洲地区1996年降水量和土壤特性等实测资料建立区域平均地表径流率的估计公式,并对其影响凶素进行敏感性试验.结果表明,该方法与用Mosaic方法计算的区域径流率(或产流率)结果十分接近.由此可见,该文提出的降水气候强迫下非均匀地表区域平均径流的这种统计-动力参数化方案,具有相当的可靠性与可行性.     

干旱及高寒荒漠区土壤温湿度特征及相互影响的分析

根据黑河试验1991年6月20日～8月21日、1990年12月17日～2月15日每天48个时次和第二次青藏高原试验改则及狮泉河1998年全年每天24个时次的土壤温湿度资料，采用功率谱分析、PCA分析等方法，分析了干旱及高寒荒漠区两种典型下垫面土壤温湿度的时空分布特征及其相互作用。结果表明：土壤温度除日和年变化周期外还存在6～30天的不同周期；下垫面的非均匀性及其季节变化及温度梯度变化对土壤水分运动有很大的影响，冬季温度梯度变化对土壤含水量的影响大于夏季温度梯度对土壤含水量变化的影响，且温度梯度与水分运动方向相反。