黄土高原典型塬区土壤热性质变化特征研究

利用2014年7月至2015年1月黄土高原地区土壤含水量和土壤热性质观测资料,分析了该区域土壤热性质及其变化特征,并讨论了降水对土壤热性质的影响,结果显示:(1)除10 cm外,各层土壤热扩散率整体上呈现夏季下降,秋季平稳,冬季上升三个阶段,土壤体积比热容和土壤导热率表现为夏季上升,秋季平稳,冬季下降的趋势;100 cm处的土壤热扩散率始终高于40 cm,土壤热扩散率不随土壤深度增加而线性增加。(2)5 cm与10 cm层的土壤热性质均有明显日变化特征,且振幅较大,40 cm与100 cm处的日变化振幅逐渐变小。由于10 cm层土壤含水量的波动最大,该层的土壤热性质变化波动也最大。(3)土壤温度与土壤热扩散率随降水增加而下降,土壤热扩散率下降主要是土壤含水量较高时,土壤导热率与土壤体积比热容变化的幅度不一致所致;土壤体积比热容与土壤导热率随降水量增加而上升,降水主要通过土壤含水量的变化影响土壤热性质。     

古尔班通古特沙漠大气边界层参数化方案的模拟评估[1]

为准确描述我国最大的固定/半固定沙漠-古尔班通古特沙漠区域的大气边界层结构,本文利用该沙漠腹地2017年的梯度铁塔和通量观测数据,基于中尺度气象模式WRF (Weather Research and Forecast v3.7.1),分析了5种边界层参数化方案在古尔班通古特沙漠的适用性。结果表明：1）采用WRF模拟沙漠腹地近地层内的边界层特征时,2m气温的模拟存在冷偏差,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节2m气温的日变化特征,其中非局地方案ACM2(Asymmetric Convective Model version 2)对2m气温效果最好,局地方案BL方案的模拟偏差最大;2）5种边界层参数化方案均能够模拟出10m风速的日变化特征,其中局地方案BL(Bougeault-Lacarrere)对10m风速效果最佳;3）采用WRF模拟沙漠近地层内的地表通量特征时,感热通量存在高估现象,潜热通量存在低估现象,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节模拟时间段内地表净辐射通量的日变化特征,其中局地方案MYJ(Mellor-Yamada-Janjie)的模拟精度最高。     

黄土高原降水对土壤含水量和导热率的影响

基于局地降水是引起黄土高原塬区土壤含水量变化的主要原因,利用黄土高原白庙塬区20052010年观测的土壤含水量和降水资料以及2012年夏季观测的土壤温度和含水量资料,分析了土壤含水量、导热率与降水的相关关系,重点分析了10.0,20.0和40.0 cm土壤含水量的蓄积以及20.0 cm土壤含水量与前期总有效降水的响应。结果表明:(1)不同深度土壤含水量的月变化比较一致,其中降水对5.0 cm土壤含水量的正强迫作用最为显著;(2)10.0 cm和40.0 cm土壤含水量年变化存在两个峰值,分别在3 5月和8 10月;(3)土壤含水量和前期总有效降水的拟合效果在夏季最好,二者在20.0 cm土壤层的相关系数达到0.84,高于其他观测层;(4)在试验前期,土壤含水量迅速增加使得土壤导热率明显升高。持续观测发现虽然土壤导热率会随着降水出现波动,但整体的相关性并不高,没有明显规律。     

地温场土壤疏松与否对地温的影响

按照地面气象观测规范要求 :地温场“裸地表土应保持疏松、平整、无草 ,雨后造成地表板结时 ,应及时将表土耙松”。但执行起来 ,往往没有严格遵守 ,以致造成记录严重失真 ,使其资料无“三性”可言 ,给资料的使用带来严重的影响。1　地温场土壤疏松与否对地面最高温度的影响地温场土壤疏松与否对地面最高温度影响很大。在晴朗、高温、低湿、风力小、能见度好的天气条件下 ,白天板结时的地面温度与疏松时的地面温度相比 ,要低 10℃以上。这是因为板结时的土壤表面光滑紧密 ,其对太阳辐射的反射率比松土后疏松粗糙的土壤要大得多 ,因而白天增温…     

地表湿度导致土壤电参数变化对雷电电磁场传播的影响

基于Scott提出的土壤电参数等效模型和二维分形布朗运动粗糙地表模型,利用Cooray和Wait近似算法,研究了地表湿度引起的土壤电参数变化对雷电回击电磁场传播的影响.结果表明:土壤湿度的增加引起垂直电场和水平磁场的上升随时间减小,对峰值影响不太明显;土壤湿度对水平电场的影响很大,水平电场的峰值与湿度成反比.实际上,雷暴天气往往伴随降水,因此对雷电电磁辐射环境的研究应该考虑土壤湿度的影响.     

近50年塔克拉玛干沙漠和古尔班通古特沙漠及其周边地区气候变化特征的对比分析

利用塔克拉玛干沙漠及古尔班通古特沙漠及其周边地区（包括平原和山区）76个气象站1961-2010年的逐日地面观测资料,对比分析了两个沙漠及其周边地区气温和降水变化特征。结果表明：塔克拉玛干沙漠及其周边地区年平均气温明显高于古尔班通古特沙漠及其周边地区,但是升温速率低于古尔班通古特沙漠,两大沙漠及其周边地区年平均气温的差值在缩小,塔克拉玛干沙漠周边山区上升速率接近或者大于大部分平原地区,而古尔班通古特沙漠周边山区上升速率与平原地区相比总体偏小,塔克拉玛干沙漠及其周边地区年平均气温的突变时间在1989-1993年,古尔班通古特沙漠及其周边地区的突变时间在1994-1995年,同时均存在8～9a振荡周期;古尔班通古特沙漠及其周边地区年降水量是塔克拉玛干沙漠及其周边地区的2.5倍,增加速率高于塔克拉玛干沙漠及其周边地区,增加相对幅度小于塔克拉玛干沙漠及其周边地区,两大沙漠及其周边地区年降水量的差值进一步加大但加大的速度在减缓,塔克拉玛干沙漠及其周边地区的突变时间在1984年,古尔班通古特沙漠及其周边地区的突变时间在1983-1986年,塔克拉玛干沙漠及其周边地区存在5a、7～8a和18a的振荡周期,古尔班通古特沙漠及其周边地区存在2～4a、6～8a、18a的振荡周期。     

风蚀起沙的影响因子及其变化特征

以敦煌地区的戈壁和绿洲为例,对地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度及其变化特征和风蚀起沙过程中地表土壤的粒子尺度分布及其对垂直尘粒通量的影响进行了分析研究。结果表明,地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度随土壤水分含量和植被覆盖度的增大而增大,随粒子尺度的变化是先减小后增大,在中间某一尺度处有一最小值;土壤的人工利用和管理对临界摩擦速度也有着相当大的影响,风蚀起沙过程中,地表土壤的粒子尺度分布随时间发生变化,瞬时的粒子尺度分布不同于平均的粒子尺度分布,利用前者计算得到的垂直尘粒通量对摩擦速度的变化更敏感,利用后者计算得到的垂直尘粒通量偏大。     

青藏高原土壤三参数监测初析

2009年7月在青藏高原主体利用英国DELTA-T公司生产的W.E.T土壤三参数仪对不同下垫面进行土壤三参数监测,共得到19组200次测量数据,对这些数据进行初步分析,结果表明:不同下垫面土壤三参数随海拔高度变化规律不同;土壤三参数之间的关系可能受到下垫面类型的影响,灌丛地土壤温度与土壤电导率的变化较一致,而含水量的变化与温度及电导率的变化没有相关趋势,草地土壤电导率与含水量有相反的变化趋势,而温度变化则与含水量及电导率变化无相关趋势。      

青藏高原土壤三参数监测初析

2009年7月在青藏高原主体利用英国DELTA—T公司生产的W．E．T土壤三参数仪对不同下垫面进行土壤三参数监测,共得到19组200次测量数据,对这些数据进行初步分析,结果表明：不同下垫面土壤三参数随海拔高度变化规律不同;土壤三参数之问的关系可能受到下垫面类型的影响,灌丛地土壤温度与土壤电导率的变化较一致,而含水量的变化与温度及电导率的变化没有相关趋势,草地土壤电导率与含水量有相反的变化趋势,而温度变化则与含水量及电导率变化无相关趋势。     

北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸时间变化特征

利用LI-8100开路式土壤碳通量系统测定龙王山森林土壤呼吸速率,研究北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸速率的日变化和季节性变化规律.结果表明:北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸速率在12—14时达到最大,与土壤温度变化基本一致;森林土壤呼吸速率随土壤温度的季节性变化而变化,在夏季土壤呼吸速率较高,在冬季土壤呼吸速率较低;土壤呼吸速率与土壤温度间存在着明显的指数关系,土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀为2.81.     

塔克拉玛干沙漠地表发射率及分布变化特征

通过利用便携式傅立叶变换热红外光谱仪,对冷热黑体辐射和漫反射金板辐射校正,测量波长在8–14 μm的热红外大气窗口的地表辐射光谱,计算出地表的发射率光谱,再转换成地表的发射率值(ε)。为获得塔克拉玛干沙漠精确的ε,沿着沙漠公路,从南至北穿越沙漠,平均每50 km进行一次测量,获得了沙漠地表发射率的分布变化特征。结果表明：靠近绿洲的地表发射率值最高,达到0.93,绿洲与沙漠过渡带的值为0.91–0.92,沙漠其它地区的值为0.90–0.91,而沙漠中心区接近0.89。     

基于系留探空试验的古尔班通古特沙漠低空气象廓线解析?

利用2011年10月15—24日在古尔班通古特沙漠腹地系留气艇边界层试验的探测资料,分析了沙漠腹地近地层风、温、湿等气象要素廓线垂直分布特征及其变化情况,结论如下:(1)20时—08时存在逆温,08时逆温最强,逆温强度为2.85℃/100 m,逆温层高度为700 m,之后逆温逐渐消失;夜晚近地层湿度明显大于上层大气,在100 m高度差内,湿度先快速减小再缓慢增大,与白天相反,20时近地面出现逆湿,1 100 m高度湿度发生明显切变;逆温层以上风速随高度变化呈多峰态,逆温层范围内风速增大趋势明显,900~1 100 m之间存在200 m厚的恒风区,1 100 m以上风速再次增大,白天的风速小于夜间。(2)风速波动范围大约为2~8 m/s,近地面100 m范围内风速随高度快速增大,风向由东南风向南风转变,600~900 m之间风速变化减缓,风向由从南风逐渐向东风转变,以东南风为主,风速与风向同步改变。(3)600 m以下随温度升高湿度快速减小,600~1 100 m之间又持续增大,1 100~1 500 m之间呈波动变化的趋势,1500 m增大明显。(4)风切变指数夜晚大于白天,最大值在23时(20.88),最小值在中午14时(0.97),平均风切变指数为9.61。混合层厚度平均为125.88 m。     

DPM模型在塔克拉玛干沙漠地区的适用性研究

局限于仅有观测数据的情况下,利用模拟手段研究土壤风蚀引起的粉尘释放是非常必要的,有助于评估区域土壤风蚀及大气环境质量和气候效应。本文通过分析塔克拉玛干沙漠观测站不同高度层风速及计算平均摩阻风速,利用DPM模型计算粉尘释放通量,综合分析了摩阻风速与粉尘释放通量的相互关系。结果表明：1）不同观测日不同高度层的风速变化各不相同,2m高度层风速的变化范围是0.05～7.73 m·s-1,4m高度层风速的变化范围是0.09～7.19 m·s-1,10m高度层风速的变化范围是0.5～8.09 m·s-1。2）4月1日～4月30日各个观测日24小时内平均摩阻风速分别为0.423 m·s-1、0.344 m·s-1、0.271 m·s-1、0.343 m·s-1、0.161 m·s-1、0.315 m·s-1,其变化范围为0.16～0.42 m·s-1。3）DPM模型研究发现实测跃移通量约为模拟值的122%,模拟值与实测值相关性较好,R2为0.91。上述研究结果对定量评估区域乃至全疆的土壤风蚀对粉尘释放通量的影响具有重要意义。     

DPM模型在塔克拉玛干沙漠地区的适用性研究

局限于仅有观测数据的情况下,利用模拟手段研究土壤风蚀引起的粉尘释放是非常必要的,有助于评估区域土壤风蚀及大气环境质量和气候效应。本文通过分析塔克拉玛干沙漠观测站不同高度层风速及计算平均摩阻风速,利用DPM模型计算粉尘释放通量,综合分析了摩阻风速与粉尘释放通量的相互关系。结果表明：1）不同观测日不同高度层的风速变化各不相同,2m高度层风速的变化范围是0.05～7.73 m·s-1,4m高度层风速的变化范围是0.09～7.19 m·s-1,10m高度层风速的变化范围是0.5～8.09 m·s-1。2）4月1日～4月30日各个观测日24小时内平均摩阻风速分别为0.423 m·s-1、0.344 m·s-1、0.271 m·s-1、0.343 m·s-1、0.161 m·s-1、0.315 m·s-1,其变化范围为0.16～0.42 m·s-1。3）DPM模型研究发现实测跃移通量约为模拟值的122%,模拟值与实测值相关性较好,R2为0.91。上述研究结果对定量评估区域乃至全疆的土壤风蚀对粉尘释放通量的影响具有重要意义。     

塔克拉玛干沙漠腹地流沙下垫面土壤呼吸特征及影响因素分析

通过LI-COR8100A土壤碳通量观测系统分别于2013年1月、5月、10月和11月进行了塔克拉玛干沙漠腹地塔中流沙下垫面土壤呼吸速率测定试验,并分析了相应的土壤水热因子对呼吸速率的影响。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地土壤呼吸速率整体偏低,但具有明显的昼夜波动性和季节变化特征。研究区流沙土壤中可能存在的无机碳过程是导致夜间及凌晨的土壤呼吸速率为负值,白天为正值的主要原因。不同时段的土壤呼吸速率(Rs)分别与土壤表层0~5 cm平均土壤温度(T)和湿度(W)间存在较为同步的昼夜变化趋势且具有良好的回归关系。相对于单因素影响的回归分析,土壤温、湿度的协同作用能够从整体角度更好地解释土壤呼吸速率的变化情况。回归方程Rs=a+bT+cW和Rs=a+bT+cW+dTW可解释不同时段土壤呼吸速率76.0%以上的变化情况。这说明土壤温、湿度是控制土壤呼吸速率的主要环境因子。沙漠腹地土壤极低的水分条件成为土壤呼吸的限制性因子,呼吸速率对于作为限制性因子的土壤湿度的变化响应则更加直接,而对于土壤温度变化的敏感性就有所下降,导致土壤呼吸速率与土壤温度回归关系出现明显的时滞环现象。     

石家庄冻土变化特征与气候因子的关系分析

探讨石家庄冻土变化特征与气候因子的关系,以期作好土壤冻融预测.利用石家庄地区5个观测站1981—2010年逐日地温、降水量、蒸发量和冻土观测数据,采用线性趋势、完全相关系数和多元回归方法,分析讨论了该地区冻土变化特征与地温、降水量、蒸发量的变化关系.结果表明:石家庄地区土壤表面始冻期呈现明显推迟趋势,土壤表面解冻期呈现明显提前趋势,其中,中部地区始冻期推迟,解冻期提前趋势最为明显;11—12月平均地面最低温度与土壤表面始冻期正相关明显,2—3月平均地面最低温度与土壤表面解冻期负相关明显;秋季降水量和蒸发量对土壤表面始冻期推迟,冬季降水量和蒸发量对土壤表面解冻期提前影响较小.     

塔克拉玛干沙漠与撒哈拉沙漠沙尘气溶胶光学特性对比研究

基于2007—2021年CALIPSO和MODIS主、被动卫星遥感探测数据,对塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠的气溶胶光学特性时空分布特征进行探究及对比分析。结果表明：（1）两大沙漠的沙尘气溶胶对总气溶胶的贡献率最大,气溶胶类型季节变化的相对单一性反映了塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠地区存在沙漠沙尘排放对总气溶胶成分的显著影响;（2）塔克拉玛干沙漠气溶胶光学厚度AOD的峰值出现在春季（春季>夏季>秋季>冬季）,而撒哈拉沙漠AOD的峰值出现在夏季（夏季>春季>秋季>冬季）;（3）撒哈拉沙漠总气溶胶抬升高度与塔克拉玛干沙漠相近,但近地面层消光系数明显小于塔克拉玛干沙漠;塔克拉玛干沙漠的消光系数平均值在所有季节中均大于撒哈拉沙漠,故塔克拉玛干沙漠的沙尘气溶胶AOD比撒哈拉沙漠的大;相比沙漠沙尘气溶胶,塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠都无明显的污染沙尘和抬升烟活动。上述研究结果揭示了两大沙漠源区沙尘气溶胶光学特性的观测事实与利用大气气溶胶时空变化特征反映区域气候变化的可能性。     

Variation of surface albedo and soil thermal parameters with soil moisture content at a semi-desert site on the western Tibetan Plateau

Almost three years of continuous measurements taken between January 2001 and May 2003 at the Gaize (or Gerze) automatic weather station (32.30 °N, 84.06 °E, 4420 m), a cold semi-desert site on the western Tibetan Plateau, have been used to study seasonal and annual variations of surface albedo and soil thermal parameters, such as thermal conductivity, thermal capacity and thermal diffusivity, and their relationship to soil moisture content. Most of these parameters undergo dramatic seasonal and annual variations. Surface albedo decreases with increasing soil moisture content, showing the typical exponential relation between surface albedo and soil moisture. Soil thermal conductivity increases as a power function of soil moisture content. The diffusivity first increases with increasing soil moisture, reaching its maximum at about 0.25 (volume per volume), then slowly decreases. Soil thermal capacity is rather stable for a wide range of soil moisture content.     

The spatial and temporal variability of fog and its relation to fog oases in the Atacama Desert, Chile

Fog has been studied in the Atacama Desert of Chile for the past ten years. This paper analyzes its temporal and spatial variability, relying in part on satellite images (GOES) to analyze the frequent orographic fog and the low cloud deck (stratocumulus, Sc) that generates advective fog in the area. Fog water fluxes were measured with Standard Fog Collectors (SFC). Field trips and observers provided information on cloud top and base and the presence of fog. Vegetation in fog oases were used to confirm the results of these surveys.The Sc moves onshore into the continent with different intensities depending on season and time of day. The maximum spatial extent occurs during winter and at night. Fog is frequent in the coastal cliffs, where fog water fluxes of 7.0 L m^− 2 day^− 1 were measured using a SFC. It is less frequent 12 km inland, where the collection rates were less than 1 L m^− 2 day^− 1. The height of the fog collector above the ground affected the collection rate. The highest fog water fluxes were recorded at Alto Patache at altitudes of between 750 and 850 m a.s.l. The growth or thickness of the cloud is important in the collection of fog water. The information that GOES provides on the altitude of the top of low clouds is used to analyze this factor. Fog oases are described and analyzed in relation to how the geographical location of fog influences the growth of vegetation.