麦田通量数据质量控制及能量闭合性分析

近地面层能量不闭合是涡度相关系统观测中普遍存在的难点问题。为了提高涡度相关系统通量观测数据的质量,选取郑州农业气象试验站2009年10月—2010年6月整个冬小麦生长季的通量观测资料,对30 min通量数据进行野点剔除、数据插补和Webb-Pearman-Leuning(WPL)校正等数据预处理。用两种方法(OLS和EBR)评价了该地区麦田生态系统能量平衡状况。结果表明:处理后的数据质量有明显提升,日平均湍流能增加7.09 W·m~(-2),日平均CO2通量减少0.0730 mg·m~(-2)·s~(-1)。农田涡度相关系统观测的能量平衡比率(EBR)日变化规律明显:早晨和傍晚昼夜交替时EBR波动最大,白天能量闭合状况优于夜间;暖季EBR大部分都在1左右浮动,能量平衡闭合程度较高,而冬季能量平衡闭合程度比暖季偏低。能量通量和湍流通量有较强的相关性,决定系数R2=0.8066,能量闭合度为88%,存在能量不闭合现象。     

峨眉山地区近地层微气象特征研究

基于2019年12月至2020年11月峨眉山站梯度塔资料、辐射观测资料和地表通量资料,采用涡动相关法对峨眉山地区近地层的地表通量和蒸散发量的变化进行分析,并估算了零平面位移、空气动力粗糙度、空气热力粗糙度、动量通量输送系数和感热通量输送系数等重要的空气动力学和热力学参数.研究表明:近地面风速呈现高层高、低层低的特征,且...     

夏季敦煌稀疏植被下垫面物质和能量交换的观测研究

利用2009年夏季敦煌地区加强期观测资料,分析了稀疏植被下垫面CO2、水汽的通量输送规律和地表辐射、能量平衡等微气象的变化特征。结果表明,敦煌地区夏季CO2、水汽通量有明显的日变化,其平均通量分别为-0.023mg.m-2.s-1和2.90mg.m-2.s-1;地表平均反照率为0.24,低于绿洲内部;感热是该地区地表热量流失的主要形式,潜热和土壤热通量相对较小,平均波文比为3.08;观测中也发现了有较大的能量不平衡现象,利用试验资料估算了土壤容积热容量,并在能量平衡方程中加入了土壤热储量,提高了能量平衡度。     

夏季晴天沙漠绿洲非均匀下垫面地表能量平衡分析

利用"古浪非均匀近地层观测试验"数据,分析地表热通量不同算法对地表能量不闭合的影响,估算中国西北干旱区农田下垫面的植被光合作用、空气热储存、生物量储热和垂直平流输送,并且分析其对干旱区农田下垫面夏季地表能量不平衡的补偿。结果表明:干旱区农田植被光合作用平均日变化最大值达9.9 W·m~(-2),空气热储存平均日变化最大值达10.6 W·m~(-2),生物量储热平均日变化最大值达32.4 W·m~(-2),垂直平流输送平均日变化最大值达22.9 W·m~(-2);各补偿项对地表能量闭合度分别提高2%、1%、2%和6%;在能量平衡方程中引入这4项后地表能量平衡闭合度由79%提升到90%。植被光合作用、空气热储存、生物量储热和垂直平流输送对干旱区农田地表能量不闭合有明显改善。     

鼎湖山针阔叶混交林生态系统能量平衡分析

能量平衡分析作为评价涡度相关法通量观测数据可靠性方法，备受学界重视。应用OLS（Ordinary least squares）和EBR（Energy Balance Ratio）2种方法，系统分析了广东省鼎湖山针阔叶混交林生态系统能量平衡特点，并分析各种涡度通量修正方法对能量平衡的影响，结果表明鼎湖山通量站平均能力平衡不闭合度为33％-47％，略高于普遍报道的不闭合度范围（10％-30％）。WPL修正、μ＊订正和坐标转换，使得能量平衡闭合度有所提高，但夜间特别是冬季能量平衡较差问题依然没有得到根本解决，表明夜间弱湍流并不是导致夜间能量平衡闭合度差的主要原因。为客观评价本通量站以及ChinaFLUX能量平衡状况和通量数据质量，确定涡度相关法CO2通量数据分析方法和改进策略提供依据。     

青藏高原北麓河地区近地层能量输送与微气象特征

利用青藏高原北麓河冻土综合试验站自动气象站2002年5月30日～6月24日观测资料,计算分析了该地区近地层的地表能量平衡、地表加热场、感热、潜热、地表反照率、动量和热量总体输送系数等特征量场的变化特征,首次得到高原北麓河地区近地层能量输送和微气象特征。     

青藏高原中部聂荣半干旱草地夏季近地层能量平衡与输送分析

利用青藏高原中部聂荣地区草地下垫面2014年7~8月近地层气象要素梯度观测及湍流观测数据,分析讨论了该地区观测期间的基本气象要素特征、能量平衡特征以及能量输送特征,主要结论如下:(1)向下、向上短波辐射和净辐射日变化规律一致,向下、向上长波辐射日变化平缓。反照率呈"U"型分布,早晚大,中午小,聂荣夏季地表平均反照率为0.20。(2)在夏季白天,聂荣地区净辐射大部分以潜热的形式加热大气。考虑了土壤浅层热储存和垂直运动引起的平流输送后,能量闭合率由0.65提高到0.80,闭合率有显著的提高。(3)在不稳定层结下,动量总体输送系数CD平均值为4.7×10~(-3)和热量总体输送系数CH平均值为3.5×10~(-3);在稳定层结下,CD平均值为3.4×10~(-3),CH平均值为1.8×10~(-3);C_D和C_H在近中性层结下的平均值分别为4.30×10~(-3)和2.39 10~(-3)。     

黄土高原半干旱区雨养农田地表辐射和能量通量的季节变化

黄土高原陇东地区有着特殊的气候背景和下垫面,对这一地区陆气相互作用特征和影响因素的观测分析对改进和发展陆面过程模式以及气候变化研究有重要意义。利用陇东平凉陆面过程与灾害天气观测研究站连续一年的陆面过程观测资料,分析了雨养农田降水量、土壤含水量、辐射、反照率和能量通量的季节变化,以及降水、土壤含水量和农业生产活动对能量分配的影响。结果表明,陇东地区降水量季节分布不均,土壤含水量有明显季节差异,随降水有明显波动;辐射通量的季节变化较为规律,短波辐射的日均值受天气状况影响,波动较大;地表反照率呈明显的季节变化,全年正午反照率最大值为0.83,出现在降雪后,生长季随着作物的生长,反照率下降至0.2以下,农作物收割以后的裸土反照率随降水变化明显,反照率与土壤体积含水量呈明显的线性相关关系;湍流能量通量日循环和季节变化明显,地表能量分配在很大程度上受降水影响,同时农业生产活动也对其有较大影响,主导能量通量有较大的月际波动,潜热通量月平均日变化峰值最大为240.8 W·m~(-2),出现在5月,感热通量为192.5 W·m~(-2),出现在4月;在年尺度上,正午净辐射多被感热通量消耗,感热通量约占35%,潜热通量约占32%,低于灌溉农田;在冬小麦快速生长季(3-5月),潜热通量约占34%,远低于灌溉的冬小麦田,研究站点的蒸散发过程受到水分限制。     

陇中黄土高原植被覆盖和裸露下垫面地表通量和总体输送系数研究

通过对陇中黄土高原地区地表观测资料的分析,研究了该地区地表能量收支各项的平均日变化、小麦不同生长阶段的热通量日变化、总体输送系数平均日变化及其与稳定度的关系。结果表明:该地区白天潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,其次为感热通量,土壤热通量最小;随着小麦的生长,潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额增加,感热通量则呈下降趋势,波文比呈下降趋势;在10m高度处,在小麦地动量总体输送系数Cd的平均值为6.03×10-3,感热总体输送系数Ch的平均值为3.40×10-3;在裸地,动量总体输送系数Cd的平均值为5.18×10-3,感热总体输送系数Ch的平均值为4.08×10-3。在同一观测高度上,Cd小麦>Cd裸地,Ch小麦相似文献   

安徽省寿县农田能量平衡评价

为了评估安徽省寿县国家气候观象台新增的近地层通量观测系统业务运行状况,利用2007年9月—2008年8月寿县近地层通量系统观测资料,分析了农田下垫面能量平衡情况。结果表明:全年能量平衡比率平均为0.89,但不同条件下存在差异:白天明显大于夜间,春、夏、秋季明显大于冬季,裸地和麦、稻田明显大于雪地,晴、昙、阴、雨天气情况下差异不大。总体来说,能量不平衡是通量观测中较为普遍的现象,一般认为不平衡程度在10%~30%为合理范围,寿县国家气候观象台全年的能量不平衡程度 (11%) 恰好属于这个范围,并接近不平衡程度的下限,说明涡度相关法在淮河流域农田生态系统通量观测中可靠性较高。     

关于大气涡动热通量参数化问题研究

用NCEP/NCAR等再分析资料计算和分析表明,月平均瞬变涡动热通量和月平均温度梯度的局域相关性很低,甚至在一些纬度是负相关,更严重的是二者之间存在非线性的多值对应函数关系.如果用非局域参数化,参数化水平将有所提高,但改进并不明显.通过与分子运动论输运理论进行数学、特别是物理类比提出了考虑"风暴路径"效应的瞬变涡动热通量的参数化方案,经再分析资料的检验,结果表明它能大大提高参数化的水平.其次,还证实采用空间非局域参数化仍然是进一步提高瞬变涡动热通量参数化水平的方法之一.此外,资料分析显示中高纬度纬向平均温度梯度和纬偏涡动温度通量之间也存在负相关及多值函数关系,说明仅用温度梯度去参数化纬向平均涡动热通量难以得到好的结果,需要考虑多元参数化或非同步参数化等.     

南极近地层大气的热量逆梯度输送现象

根据南极中山站观测结果 ,分析了南极地区近地层热量逆梯度输送的现象。结果表明南极地区在近地层逆温较明显时 ,常会出现热量逆梯度输送的现象 ;同时也探讨了近地层在稳定层结条件下 ,热量逆梯度输送通量的多尺度计算方法。计算结果表明 ,逆梯度输送的感热通量主要是由浮力湍涡的穿越能力决定的 ,而经典的梯度输送公式在该场合下无法使用。     

青藏高原东部草甸下垫面涡旋相关观测数据的质量控制及评价研究

目前利用涡旋相关仪观测地表通量的方法已被广泛采用, 但由于涡旋相关法是建立在方程假设简化的基础上, 这对观测数据的质量提出了一定的要求, 所以对观测数据的处理及通量结果的质量状况分析就显得尤为重要。本文以理塘站2006年7月中到8月中的数据为例, 对其进行质量控制, 并将质量控制后的通量计算结果与原始值进行比较。质量控制后感热通量和潜热通量总和有所增长, 动量通量值则受质量控制影响较大。质量评价的结果为:动量通量、感热通量、潜热通量中高质量数据所占比例为68.2%、60.6%、63.3%。     

冬季格陵兰以东区域海冰与北太平洋风暴轴的关系

对45个冬季格陵兰以东区域海冰密集度场与北太平洋500 hPa位势高度滤波方差场作奇异值(SVD)分析.结果表明:SVD得到的第1对空间典型分布反映了冬季格陵兰以东区域海冰异常与北太平洋风暴轴异常变化密切相关.进一步的合成分析显示:海冰异常导致大气环流调整,气压梯度、急流、850 hPa天气尺度涡动热量经向通量和垂直通量、局地斜压性均发生改变,从而对北太平洋风暴轴的强度及中心位置位移造成影响.     

SURFACE IMBALANCE ENERGY CALCULATED AND ANALYZED WITH THE DATA OF EBEX-2000*

Mainly.three methods have been developed to calculate turbulence heat flux.They are eddy covariance method,Bowen ratio/energy balance method and aerodynamic method.In this paper, all the three methods have been used to calculate sensible heat flux,latent heat flux and imbalance energy near the surface with the experiment data of EBEX-2000.Then comparisons of the three methods and some possible explanations of the surface imbalance energy are given.     

Boundary-Layer Adjustment Over Small-Scale Changes of Surface Heat Flux

Four months of eddy correlation data collected over a grass field and a nearby sage brush community are analyzed to examine the adjustment of the boundary-layer structure as it flows from the heated brush to the snow-covered grass. The grass site includes a 34-m tower with seven levels of eddy correlation data. The midday heat flux over the snow-covered grass and bare ground surfaces is often downward particularly with melting conditions, while the corresponding heat flux over the brush is almost always upward. For most of these cases, a stable internal boundary layer over the snow is well defined in terms of vertical profiles of the buoyancy flux over the snow-covered grass. The stable internal boundary layer is generally embedded within a deeper layer of flux divergence corresponding to increasing upward heat flux with height above the internal boundary layer. With thin snow cover, the surface heat flux over the grass is weak upward due to heating of grass protruding above the snow so that the flow adjusts to a decrease of the upward surface heat flux in the downwind direction. This common case of an adjusting boundary layer contrasts with the formation of an internal boundary layer due to a change of sign of the surface heat in flux the downwind direction. The adjustment of the boundary layer to the decrease of the surface heat flux leads to vertical divergence of the upward heat flux in contrast to the usual heated boundary layer over homogeneous surfaces. The consequences of the cooling due to the vertical divergence of the heat flux are discussed in terms of the heat budget of the adjusting and internal boundary layers.     

Testing of the bandpass eddy covariance method for a long-term measurement of water vapour flux over a forest

The bandpass eddy covariance method has been used to measure the turbulent flux of scalar quantities using a slow-responsescalar sensor. The method issimilar in principle to the traditional eddy correlation method but includes the estimation of high-frequency components of the flux on the basis of cospectral similarity in the atmospheric surface layer. In order to investigate the performance of the method, measurements of the water vapour flux over a forest with the bandpass eddy covariance method and the direct eddy correlation method were compared. The flux obtained by the bandpass eddy covariance method agreed with that by the eddy correlation method within ±20% for most cases, in spite of a rather slow sensor-response of the adopted hygrometer. This result supports its relevance to a long-term continuous operation, since a stable, low-maintenance,general-purpose sensor canbe utilized for scalar quantities. Oneweak point of the method isits difficulty in principle to measure the correct flux when the magnitude of the sensible heat flux is very small, because the method uses the sensible heat flux as a standard reference for the prediction of undetectable high-frequency components of the scalar flux. An advanced method is then presented to increase its robustness. In the new method, output signals from a slow-response sensor are corrected using empirical frequency-responsefunctions for the sensor,thereby extending the width of the bandpass frequency region where components of the flux are directly measured (not predicted). The advanced method produced correct fluxes for all cases including the cases of small sensible heat flux. The advanced bandpass eddy covariance method is thus appropriate for along-term measurement of the scalar fluxes.     

The influence of nonstationarity on the turbulent flux–gradient relationship for stable stratification

Extensive eddy-correlation datasets are analyzed to examine the influence of nonstationarity of the mean flow on the flux–gradient relationship near the surface. This nonstationarity is due to wavelike motions, meandering of the wind vector, and numerous unidentified small-scale mesoscale motions. While the data do not reveal an obvious critical gradient Richardson number, the maximum downward heat flux increases approximately linearly with increasing friction velocity for significant stability. The largest of our datasets is chosen to more closely examine the influence of stability, nonstationarity, distortion of the mean wind profile and self-correlation on the flux-gradient relationship. Stability is expressed in terms of z/L, the gradient Richardson number or the bulk Richardson number over the tower layer. The efficiency of the momentum transport systematically increases with increasing nonstationarity and attendant distortion of the mean wind profile. Enhancement of the turbulent momentum flux associated with nonstationarity is examined in terms of the nondimensional shear, Prandtl number and the eddy diffusivity.     

夏季东亚高空急流与天气尺度波动的气候特征之间的联系

利用NCEP/NCAR逐日资料(1979~2003年),分析了东亚夏季高空急流和天气尺度波动气候特征之间的联系。通过分析急流与天气尺度波动活动量Q(用于描述某一时间段内天气尺度波动活动强弱程度)、热量涡动输送(V′T′)的关系,发现:在气候平均意义下,天气尺度波动活动量在6、8月较大,这意味着在这两个月中,天气尺度波动较为剧烈。这和急流的强度变化是相对应的,即强的天气尺度波动活动量对应着强的急流,弱的天气尺度波动活动量对应着弱的急流。热量涡动输送也表现出与天气尺度波动活动量类似的特征。年际变化上,夏季平均和6、7、8各月平均的热量涡动输送和急流强度都存在显著的正相关。对强、弱急流年份条件下热量涡动输送合成分析的结果表明:热量涡动输送偏南时,对应着强的急流;热量涡动输送偏北时,对应着弱的急流。以上的研究结果说明,在气候平均意义和年际变化上夏季东亚高空急流和天气尺度波动之间有着密切的联系。     

Weak vertical diffusion allows maintenance of cold halocline in the central Arctic

In spring preceding the record minimum summer ice cover detailed microstructure measurements were made from drifting pack ice in the Arctic Ocean, 110 km from the North Pole. Profiles of hydrography, shear, and temperature microstructure collected in the upper water column covering the core of the Atlantic Water are analyzed to determine the diapycnal eddy diffusivity, the eddy diffusivity for heat, and the turbulent flux of heat. Turbulence in the bulk of the cold halocline layer was not strong enough to generate significant buoyancy flux and mixing. Resulting turbulent heat flux across the upper cold halocline was not significantly different than zero. The results show that the low levels of eddy diffusivity in the upper cold halocline lead to small vertical turbulent transport of heat, thereby allowing the maintenance of the cold halocline in the central Arctic.