黄土高原塬区地表辐射和热量平衡观测与分析

利用2005年夏季黄土高原塬区陆面过程野外试验(LOPEX05)的观测资料,初步分析了甘肃平凉黄土高原塬区地表辐射收支和热量平衡特征。结果显示,黄土高原塬区地面长波辐射大于大气长波辐射,典型晴天、阴天和雨天情况下两者平均差值分别为65,25和8 W.m-2;对于地气能量交换各个分量而言,黄土高原塬上和塬下在相同下垫面下的差别不大,但裸地和有植被的下垫面差别很明显;在白天,潜热在净辐射中所占的比重较大,其次是感热,最后是土壤热通量。对能量平衡中的储存项如热通量板上层土壤的热存储和植被冠层存储进行了估算,结果表明,土壤的热储存项在-30~70W.m-2之间,而植被的热能储存项在-10~25 W.m-2之间。在考虑估算的存储项之后,能量平衡散布图斜率由0.68提高到0.79,相关系数R由0.90提高到0.93,两者分别提高了11.0%和3.0%,并对能量不平衡有明显的改进,说明能量储存项在地表能量闭合中必须考虑。     

利用MERIS和AATSR资料估算黄土高原塬区蒸散发量研究

基于陆面能量平衡原理,通过对搭载在欧洲空间局环境卫星(Environmental Satellite,ENVI-SAT)上中分辨率影像光谱仪(Medium Resolution Imaging Spectrometer,MERIS)2005年6月7,11和27日的遥感观测资料进行大气纠正等预处理后,得到估算瞬时蒸散发量所需要的地表反照率和植被覆盖度等值,并利用分裂窗法和ENVISAT上搭载的先进的沿轨迹扫描辐射计(Advanced Along-TrackScanning Radiometer,AATSR)的观测资料进行了地表温度的反演,进一步估算出黄土高原塬区午间瞬时净辐射、感热通量和土壤热通量。结合与卫星遥感观测资料同期研究区域气象站的太阳辐射、气温、日照时数和风速等气象要素资料,充分考虑到植被冠层和陆地表面对蒸散发量的不同影响,发展了一个可以估算陆面潜热的简化模型,并将瞬时蒸散发量转化为日蒸散发量。对卫星遥感估算的潜热通量,利用黄土高原塬区陆面过程野外观测试验(Loess Plateau land surface process field Experiments,LOPEXs)的地面通量观测资料进行验证,结果表明:二者最大相对差异为10.9%,最小相对差异为4.8%,并对差异误差产生的原因进行了分析和探讨。     

黄土高原典型塬区冬小麦地表辐射和能量平衡特征

利用2006年4～7月黄土高原陆气相互作用试验实际观测资料,分析了黄土高原典型塬区冬小麦生长过程中不同天气条件下的地表通量特征。发现在不同天气条件下辐射平衡和能量平衡特征有很大变化。地面向上长波辐射在晴天、阴天、降水天时依次减小,到达峰值时间约滞后总辐射峰值到达时间1 h左右。大气向下长波辐射与地表向上长波恰恰相反,晴天量值最小,基本稳定在300 W·m-2左右,阴天和降水天依次增大。潜热是能量通量的主要消耗项,在夜间也大于零,夜间感热则为负值。土壤热通量达到峰值时间滞后于净辐射峰值到达时间约1.5 h,其日平均值晴天为正,阴天约为零,降水天则为负值。日平均波文比阴天大于晴天和降水天。植被覆盖度高时,土壤植被系统截留的总辐射也高。     

黄土高原陆-气相互作用预试验及其晴天地表能量特征分析

详细介绍了在2004年8月24日～9月11日在甘肃平凉进行的陆-气相互作用野外预试验,对观测仪器进行了对比和标定,并利用观测资料,初步分析了黄土高原塬上裸地、塬上和塬下玉米地的地表净辐射各分量、感热、潜热和地热流的特征。由于作物（玉米）的存在,降低了地表反射率,使白天地面向上短波减少,同时向上长波也减少,增大了地表净辐射,地表潜热明显增大,玉米地白天向下的地热流和夜晚向上的地热流都比裸地小。与塬上相比,塬下玉米地的向下短波略小,向上短波明显偏小,向上长波基本一致;净辐射只在中午附近略小,地热流上午偏小,下午偏大,夜晚基本一致;感热和潜热在白天基本一致;塬下玉米地在凌晨明显存在负感热通量。     

中国北方不同气候区晴天陆面过程区域特征差异

采用2008年7～9月份观测的中国干旱-半干旱区实验观测协同与集成研究资料,将我国北方干旱一半干旱区根据气候类型和地理位置划分为西北干旱区、黄土高原区和东北冷区三个区域,分析了干旱-半干旱区陆面热量平衡和辐射平衡日变化的区域差异.结果显示:不同气候区域的地表辐射和能量过程差异明显,而这种差异主要源于大气和土壤中可利用水...     

黄土高原陆面水分的凝结现象及收支特征试验研究

中国黄土高原是全球独特的地理区域,其陆面水分过程比较特殊。利用黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)的陇中黄土高原定西陆面过程综合观测站的资料,分析了陆面水分凝结现象及其出现频率与局地微气象条件的关系,研究了露水(霜)量及其出现频率的季节分布特征以及受降水和天气阴、晴的影响规律。同时,对比分析了降水、露水、雾水和土壤吸附水对陆面水分的贡献率,讨论了涡动相关法、蒸渗计和蒸发皿观测的陆面蒸发量的差别及其与陆面水分来源的年平衡关系,给出了半干旱区陆面水分平衡的日循环特征。发现露水对风速、大气湿度、近地层温度梯度的依赖很强,一般在风速为1.5 m/s、相对湿度大于80%和逆温强度为0.25℃的情况下露水(霜)量最大;刚降水后的晴天露水量比较大;实际蒸散量与蒸发力的差距十分明显,陆面水分平衡特征表现为一个"呼吸"过程。     

黄土高原半干旱雨养农田空气动力和热力参数分析

利用甘肃省定西干旱气象与生态环境试验基地2003年夏季加强观测期间的资料,计算动量粗燥长度、热量粗糙长度和热量输送附加阻抗,结合卫星反演的差值植被指数Indv和表面温度Ts将其推广到中国西北区东部,可用于计算非均匀地表能量通量。     

青藏高原感热与黄土高原春季降水异常关系研究

利用1961～2000年黄土高原56站的春季降水、气温资料,用SVD方法分析了其与青藏高原感热场的关系。结果表明,降水量与青藏高原感热场的前两模态代表了两场间的主要耦合特征;上年冬季和秋季青藏高原感热场的异常通过影响大气环流,能够导致次年黄土高原春季降水异常;青藏高原感热对黄土高原西部和南部、北部的部分地区影响较显著,而对陕西北部、山西中部影响不明显。前期高原感热场SVD第一、二模态的变化,可以作为黄土高原春季降水异常的预测信号。     

CoLM模式在西北干旱区和青藏高原区的适用性研究

运用CoLM(CLM3.0)模式对典型干旱区(张掖站)和青藏高原区(安多站、MS3478站)进行了off-line验证试验,检验了CoLM模式在典型干旱区和青藏高原区的性能。结果表明:CoLM模式对典型干旱区绿洲灌溉农业的陆面过程模拟较好,土壤各层温度的日变化趋势和季节变化趋势都能较准确地模拟出来,模拟的地表温度与观测值相关系数为0.885,均方差为0.873;模拟的5 cm土壤温度值与实测值的相关系数为0.944,均方差为0.891。在高原地区能量平衡分量的模拟中,净辐射、感热模拟效果较好,潜热分量模拟值偏大,故将CoLM模式用于高原地区还有待进一步改进。     

青藏高原及周边地区近地层小气候特征分析

利用中国气象局成都高原气象研究所建立的5个边界层站（湄潭、巴中、什邡、曲麻莱、狮泉河）2019年的观测资料，对比分析青藏高原及周边地区近地层大气要素变化和陆—气能量交换特征及异同点，探讨其原因。结果表明：（1）青藏高原及周边地区近地层大气温度、相对湿度、风速、感热通量、潜热通量、动量通量均符合一峰一谷的常规日变化特征，气压具有双峰双谷的日变化特征。（2）高海拔台站近地层温度日变幅（12℃）高于周边低海拔地区（4～6℃），季变幅与海拔高度的关系不显著。（3）相对湿度与温度关系密切，相对湿度的垂直结构和日变化都具有明显的区域差异，其垂直梯度夜间显著高于白天，峰值出现时间随夏、秋、春、冬季呈现季节性滞后，而谷值超前。（4）风速春季较大，夏、秋季次之，冬季小，季变幅略小于日变幅；低海拔区域的风速及其日变幅均显著低于高海拔区域。（5）低海拔区域气压季变幅（>13 hPa）远高于日变幅（2.5 hPa左右），而高海拔区域气压季变幅（>3 hPa）略低于日变幅（2 hPa左右）。（6）感热通量春季大、冬季小；感热通量和动量通量在高海拔区域均较高，二者具有较一致的日、季变化特征，表明大气动...     

黄土高原植被变化对环境影响的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5非静力平衡模式,模拟了黄土高原2003年6月26~30日的一次降水过程。该试验是通过改变黄土高原局部地区植被覆盖情况,对比分析植被改变区域内各气象要素的变化情况。结果表明:植被改善能使雨量增加,径流量减小,湿度增大,温度日较差减小,使气候变的温和。植被退化却使雨量减少,径流加大,易使水土流失,对水土保持不利。试验较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的温、湿场与陆面相互作用的机理。     

NIM陆面过程模式的研究Ⅱ：青藏高原夏季陆面过程的数值模拟

采用南京气象学院（NIM）5层陆面过程模式，利用1979年5－8月“青藏高原气象科学实验”资料模拟和分析了夏季青藏高原不同地区的陆面特征和地表能量特征。并将模拟值与根据观测资料计算得到的感热和潜热以及观测得到的净辐射、土壤温度、土壤热通量进行了对比。结果表明，NIM5层陆面过程模式可以模拟青藏高原夏季不同下垫面情形下的能量交换过程。     

青藏高原土壤湿度时空分布特征研究进展

土壤湿度是陆面过程的重要参量,可以通过影响土壤本身的热力性质和水文过程,导致局部大气环流的改变以及区域性短期气候异常。青藏高原作为全球气候变化的敏感区,其地气间的水分与能量交换对亚洲季风和全球大气循环有着极大的影响,且高原地区的土壤水分数据能够为陆-气相互作用和数值模拟等研究提供重要的观测信息和初始输入数据。文中综述了青藏高原土壤湿度观测和研究对气候变化影响的重要性,高原土壤湿度观测站网建设现状,各种土壤湿度替代资料的适用性和评估研究,以及高原土壤湿度时空分布特征对降水的影响与气候变化响应,并提出了今后青藏高原土壤湿度研究着重解决的问题。      

热带副热带对流层中上层水汽场分析研究

利用GMS-5卫星水汽通道资料分析了1995年夏秋季热带对流层中上层水汽场的分布及其变化。分析表明：南印度洋-澳大利亚-南城市平洋地区是夏秋季对流层中上层最好干的地区，赤道太平洋、北太平洋是相对干区；夏秋季南亚和中国南部是对流层中上层最潮湿的地区，夏季比秋季更潮湿，反映出季风在这一地区的活动特点，月平均水汽场从8月到9月，高湿带观点华北平原突然南跳到南海海面，表明对流层中上层的水汽场在9月份发生突变，比大气环流的10月突变早1个月完成；青藏高原夏季东南部为湿区，秋季西北部为湿区。     

黄土高原夏季极端降水及其成因分析

利用1961-2016年夏季黄土高原地区64个气象监测站的逐日降水资料及同期NCEP/NCAR再分析数据,分析了近56年黄土高原夏季极端降水的时空变化特征,并对比了极端降水强弱年以及不同年代黄土高原地区夏季大气环流形势的异同.结果表明,黄土高原夏季极端降水占夏季总降水量的54％左右,总体上呈现出东多西少的空间分布特征....     

关于CAS FGOALS-f3-L模式中青藏高原地表温度偏差的归因分析

中国科学院全球海洋-大气-陆地耦合模式(FGOALS-f3-L)参加了耦合模式比较计划的第六阶段(CMIP6)试验,但是其对关键气候敏感地区青藏高原的地表温度的再现能力还不清楚.这项研究用再分析资料CFSR评估了FGOALS-f3-L模式对青藏高原地表温度的再现能力.结果表明,FGOALS-f3-L可以合理模拟整个高原上年平均地表温度的空间分布,但低估了整个高原上年平均地表温度.模拟的地表温度在整个高原上冬春季表现为冷偏差,夏秋季表现为暖偏差.基于地表能量平衡方程的进一步定量分析表明,地表反照率反馈(SAF)项极大地贡献了高原西部年平均,冬春季平均地表温度的冷偏差,而对高原东部是暖偏差贡献.与SAF项相比,地表感热项对地表温度偏差的贡献几乎相反,这大大抵消了SAF项引起的偏差.云辐射强迫项对高原东部的年平均和季节平均弱冷偏差有很大贡献.与高估的水蒸气含量有关的长波辐射项造成了夏秋季整个高原上大部分的暖偏差.该研究表明,提高FGOALS-f3-L中的陆面和云过程对降低高原上地表温度偏差至关重要.     

SHAW模式的改进及其在黄土高原半干旱区的模拟研究

陆面过程模拟研究中的一个关键问题是如何准确的计算陆气间能量交换,但现有的陆面过程模式模拟的湍流通量与观测值间仍然存在较大偏差,因此改进湍流通量的参数化方案对于提高陆面过程模式模拟能力有重要意义。本研究通过改进陆面过程模式SHAW中的热力粗糙度方案,以及引入干表层蒸发方案,以期改善湍流通量的模拟能力。在此基础上利用黄土高原半干旱区SACOL站观测资料,进行模式改进前后的单点模拟对比试验,研究其参数化方案改进对陆面过程模拟的影响。结果表明:改进后的SHAW模式能够合理地模拟黄土高原半干旱区陆面特征的变化趋势,模拟值与观测值偏差较小。与原来的SHAW模式模拟结果相比,改进后的SHAW_MOD模式显著提高了湍流通量的模拟能力,并改善了净辐射和深层土壤温度的模拟,但对土壤湿度的改进并不明显,这可能与土壤内部水热传输过程及相关参数化方案有关,还有待做进一步研究。     

中国区域陆面覆盖变化的气候效应模拟研究

基于MODIS和CLCV陆面覆盖资料,利用区域气候模式RegCM4分别进行两组24年（1978-2001年）的数值模拟试验,研究中国区域陆面覆盖变化对区域气候的影响。结果表明,以荒漠化和植被退化为主要特征的陆面覆盖变化通过改变陆面能量、水分平衡与大尺度环流进而对气候要素产生重要影响。夏季,中国南方地区普遍降温,季风边缘区及藏北高原气温升高,降水减少;季风边缘区与西北地区气温年际波动加剧;内蒙古中东部地区西南风增强,进而水汽输送增强,一定程度上增加了该地区降水。冬季,中国东部地区偏北气流增强,更多干燥冷空气南下,使得黄河以南地区降水减少、气温降低。