塔克拉玛干沙漠人工绿地与自然沙地能量收支差异研究

利用2013年塔克拉玛干沙漠腹地自然沙地与人工绿地的地表太阳辐射和能量通量观测数据,分析不同下垫面太阳辐射分量和能量收支参数间的差异。结果表明：1）沙地与绿地,辐射各分量日变化特征显着,DR、UR夏季为峰值,冬季-春季-夏季为上升趋势,夏季-秋季-冬季为下降趋势。沙地与绿地ULR的差值为-30-20W?m-2。土壤湿度变化是导致人工绿地与自然沙地地表反照率差异的主要原因之一,在塔克拉玛干沙漠的人工绿地滴灌,增加了土壤含水率,传递到表层具有滞后效应,影响了地表反照率的月变化。2）净辐射,在夜间以G0耗能形式为主,而白天以H耗能形式为主。在塔克拉沙漠大环境影响下,人工绿地的能量分配格局与自然沙地基本相同,但是在植被的生长季与茂盛季节,LE的通量的耗能份额会有所递增,耗能比增加了1.5%。3）人工绿地EBR夜间的波动幅度大于自然沙地,白天自然沙地EBR上升速率要大于人工绿地冬季,自然沙地和人工绿地不闭合率都超过50%,其他季节,人工绿地的不闭合率优于自然沙地。     

人工绿地与自然沙地蒸散的计算与变异研究

利用中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地2014—2015年自然沙地与人工绿地加密观测试验时次数据,采用GB/T 20481-2006气象干旱等级的蒸散算法,详细计算自然沙地、人工绿地以时次为单位的蒸散值。计算过程中采用多种参数算法,增加了观测数据的利用率,提高了计算精度,并尝试通过影响因子的变量赋值研究,量化蒸散的计算增减。结果表明:（1）自然沙地与人工绿地蒸散计算值都较好地刻画出了蒸散的年内变化,自然沙地计算值量级更贴近实际观测值,这与蒸散计算方法适用性有关。（2）人工绿地蒸散计算值在植被生长季与观测值的差值较大,自然沙地与观测值的差值较小;冷季人工绿地蒸散计算值与观测值接近,自然沙地计算值与观测值的差相对较大。（3）饱和水汽压与实际水汽压之差、2 m平均气温、2 m平均风速、饱和水汽压的斜率是计算蒸散的主要影响因子,其中饱和水汽压与实际水汽压之差和2 m平均风速随着赋值递增,蒸散差值时次百分比与年累计差值呈线性增长。2 m平均气温随着赋值递增,蒸散差值时次百分比与年累计差值表现比较稳定,饱和水汽压的斜率随着赋值递增,蒸散差值时次百分比与年累计差值略有递减。因此,GB/T 20481-2006气象干旱等级的蒸散算法在塔克拉玛干沙漠的适用性较好,人工绿地比自然沙地计算精度更高。      

祁连山青海云杉林辐射平衡研究

研究了青海云杉林的辐射平衡，表明青海云杉林冠辐射平衡各分量在总辐射中所占的比例为；反射辐射１２．０７％，净长波辐射２９．４６％，净全辐射５８．４７％，辐射平衡各分量与总辐射线性回归，相关紧密；青海云杉林林内总辐射林外减少７１．０２％，林内净辐射变幅小于林冠层。     

敦煌地区荒漠戈壁地表热量和辐射平衡特征的研究

利用2000年5月25日～6月17日"敦煌试验"在戈壁的微气象观测资料,分析了极端干旱地区晴天、阴天和降水等天气条件下的地表辐射平衡、热量平衡和土壤温度等微气象特征的日变化规律.发现在不同天气条件微气象特征有很大变化.但观测期间的平均微气象特征与晴天比较接近,天气过程的影响不是很大,平均的总辐射、净辐射和感热通量与晴天的比值在白天基本大于0.8.观测期间的平均Bowen比全天大于1,在白天都在10以上,最大超过100.     

冬季青藏高原地面辐射平衡

本文根据实测资料建立了冬季青藏高原上地面辐射平衡与日照百分率、地面反射率之间的经验公式,并用此公式试验了纬度、时间、地面反射率和日照百分率对地面辐射平衡的影响。试验结果表明:冬季高原地面辐射能收支的盈亏状况是由地理纬度和地面反射率决定的。天空遮蔽状况(本文用日照百分率表示)仅影响其盈亏值的大小。亦即地面辐射平衡的地理分布形式由地理纬度和地面反射率所决定,但正、负中心的数值还受天空遮蔽状况的影响。冬季青藏高原地面辐射平衡场是一个由地理因子(地理纬度和自然地理带)作用下形成的基本场叠加上一个地面积雪区形成的扰动场。长江和黄河源区的巴颜喀拉山和藏北草原是冬季高原地面加热场最可能出现异常的关键区。     

沙坡头人工植被区和流动沙丘上热量平衡观测研究

采用流动沙丘上人工植被和裸露流动沙丘下垫面近地层微气象实测资料，应用波文比法，计算了近地层感热和潜热通量＾２），并与作者在防风林干旱裸田和湿润小麦植被农田的结果进行比较分析。结果表明：在雨季的沙坡头地区流动沙丘人工植被上净辐射通量较强，可达６００Ｗ。ｍ＾－２以上，而净辐射的７０％左右的能量用于地表的蒸散，而感热散失和土壤贮存能量各占１５％左右；裸露流动沙丘上由于地表反射率大而净辐射通量小于植被区，     

宁夏南部地表辐射和热量平衡的遥感研究

为了研究和揭示宁夏南部地气能量传输过程及特点并进一步评估退耕还林还草的生态效应, 利用Landsat-7 ETM+卫星遥感资料所求取的地表特征参数, 将地表分成水体、裸地、半裸地、草地、林地5类地表覆盖类型, 结合常规气象观测资料, 分别计算得出宁夏南部地表辐射和热量平衡各量的区域分布, 并给出各量的分布图和直方图, 分类别讨论了地表辐射和热量平衡各量分布特征, 使得对宁夏南部区域地表辐射和热量平衡区域分布有一个直观、综合的了解和认识。研究表明, 植被分布对地表辐射和热量平衡各量影响很大。     

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。     

从自然控制论看黄河上游人工增雨

用自然控制论原理和方法,从理论上探讨了用人工增雨来解决黄河断流所遇到的一些问题及解决方案.结果表明,只有在黄河上游地区增加降水才可以缓解黄河断流问题,河曲地区是最佳人工增雨区.针对河曲有限区域人工调控天气问题,首次提出了解决人工增雨的正问题与反问题的概念.在此基础上,给出了河曲地区人工增雨的概念模型.     

绿洲边缘夏季小气候特征及地表辐射与能量平衡特征分析

利用“绿洲系统能量与水分循环过程观测试验”加强期(IOP)在甘肃省酒泉市金塔绿洲观测的资料,分析了夏季金塔绿洲边缘的小气候特征及地表辐射收支和地表能量平衡特征。作为绿洲沙漠相互作用的界面,在白天绿洲边缘的垂直运动仍然是以上升气流为主,并且其小气候主要受土壤湿度的影响。中午前后绿洲边缘的总辐射最大值在1000W.m-2左右,净辐射>700W.m-2;在白天,仅有个别天数的感热通量超过100W.m-2,最大值仅为150W.m-2左右。在整个观测期,有超过70%的天数出现负感热通量。而Bowen比在±10-1量级,地表能量不平衡的差额较大,约28%。     

塔克拉玛干沙漠腹地的长波辐射变化特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站(塔中站)实测的长波辐射资料,分析了流动沙漠区的长波辐射特征.结果表明:地表长波辐射能具体地反映地表失去热能的状况.在沙漠区,由于地表层的湍流运动较强以及下垫面温度与空气温度的差值较大,使得地表向大气传输的热通量较大,所以地面长波辐射值较大,有时接近于总辐射,最小值出现在日出前,最大值出现在15:00左右;由于大气中的水汽含量及云量较少,而沙尘气溶胶含量较高,所以大气长波辐射较大,沙漠区有效辐射也较大,为我国有效辐射年总量最高的地区之一.地表放射的净长波辐射在太阳总辐射中所占的比例小于地表反射辐射,只有在春、夏季两者较接近,且以反射辐射大些.区域气候变化过程中,沙漠加热场的强度是沙漠局地天气气候变化的主要影响因素之一.     

Impacts of Irrigation and Vegetation Growth on Summer Rainfall in the Taklimakan Desert

In recent decades, a greening tendency due to increased vegetation has been noted around the Taklimakan Desert(TD), but the impact of such a change on the local hydrological cycle remains uncertain. Here, we investigate the response of the local hydrological cycle and atmospheric circulation to a green TD in summer using a pair of global climate model(Community Earth System Model version 1.2.1) simulations. With enough irrigation to support vegetation growth in the TD, the modeling suggests first, that significant increases in local precipitation are attributed to enhanced local recycling of water, and second, that there is a corresponding decrease of local surface temperatures. On the other hand, irrigation and vegetation growth in this low-lying desert have negligible impacts on the large-scale circulation and thus the moisture convergence for enhanced precipitation. It is also found that the green TD can only be sustained by a large amount of irrigation water supply since only about one-third of the deployed water can be "recycled " locally. Considering this,devising a way to encapsulate the irrigated water within the desert to ensure more efficient water recycling is key for maintaining a sustainable, greening TD.     

巴丹吉林沙漠不同下垫面辐射特征和地表能量收支分析

利用2009年夏季在内蒙古自治区阿拉善右旗境内巴丹吉林沙漠开展的"巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验"所取得的资料,对比分析了典型晴天条件下,巴丹吉林沙漠两种不同下垫面的辐射平衡特征和地表能量收支的日变化规律。结果表明,不同下垫面地表反射率具有明显的差异,沙漠反射率为0.33,湖区沙生芦苇反射率为0.23,沙漠反射率大于沙生芦苇反射率。巴丹吉林沙漠两种典型下垫面上,各辐射分量均具有相似的日变化特征,即白天大、夜间小。两种下垫面上的净辐射日变化与峰值基本相同,日积分值均约为8MJ.m-2。由于下垫面性质不同,地表能量的分配也不相同。沙漠主要以感热通量为主,地表热流量其次,潜热通量很小可以忽略不计;湖区以潜热通量为主,感热通量和地表热流量次之。     

沙漠陆面过程与沙漠小气候研究进展

陆面过程是影响大气环流和气候变化的基本物理、生化过程之一。沙漠陆面过程及相应的小气候效应已经成为当前沙漠气象研究的热门问题。近年来,在沙漠陆面过程野外观测、陆面过程特征及参数化、陆面过程模拟、小气候及陆面过程对小气候影响等方面已取得重大进展。本文对于沙漠小气候、沙漠陆面过程及沙漠陆面过程参数化进行了简要概述,重点总结了国内外在沙漠地区气候考察、沙漠边界层高度、沙漠热力环流、绿洲效应、塔克拉玛干沙漠气候特征、沙漠陆面过程野外观测试验及结果、沙漠陆面过程对气候的影响、沙漠陆面过程参数化方案方面的成果,回顾了近年来利用地面观测设备和数值模式等对气候效应和陆面过程直接观测和数值模拟所获得的观测事实和模拟试验,并讨论了其陆面过程参数化对模拟的影响,在总结前人研究成果的基础上对未来的研究方向进行了讨论。     

塔克拉玛干沙漠腹地气溶胶不同波段散射系数比较

利用2010年塔克拉玛干沙漠腹地塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站(下文简称"塔中")多波段(450、525、635 nm)积分浊度计和PM_(10)自动监测仪观测资料,并结合塔中地面气象观测资料,分析了沙漠腹地不同波段气溶胶散射系数的变化特征。分析结果显示:(1)塔中气溶胶对635 nm太阳辐射的散射作用最大,其次是525 nm,最小为450 nm。三波段(450、525、635 nm)散射系数平均值分别为:288.0、318.4、443.8 Mm~(-1)。(2)三波段散射系数日变化与PM_(10)质量浓度一致,都呈单峰变化:夜间高、白天低。在日变化中,散射系数始终保持635 nm最大,525 nm次之,450 nm最小。(3)三波段散射系数年变化基本一致,都与PM_(10)变化接近。1—5月中,除3月散射系数是450 nm最大外,另外4个月均是635 nm最大,450 nm次之,525 nm最小。6—12月散射系数都是635 nm最大,525 nm次之,450 nm最小。(4)三波段散射系数均是沙尘暴下最大,扬沙次之,浮尘最小。不同沙尘天气下,塔中气溶胶对635 nm散射作用都是最明显的,对450 nm和525nm散射作用不同:沙尘暴时,对525 nm的散射强于450 nm,在扬沙和浮尘时,对450 nm的散射强于525 nm,尤其在浮尘时。(5)三波段散射系数与PM_(10)质量浓度都呈显著正相关,PM_(10)质量浓度与525 nm散射系数相关程度最大,450 nm次之,635 nm最小。但是季节内相关程度略有差异:春、冬季PM_(10)浓度与450 nm散射系数相关程度最大,525 nm次之,635 nm最小。夏、秋季则是525nm最大。     

塔克拉玛干沙漠不同区域土壤热通量变化比较

选取塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区和北缘过渡带肖塘地区2013年土壤热通量观测资料,初步比较分析了塔克拉玛干沙漠两种下垫面的土壤热通量变化特征。结果表明：(1)在日变化尺度上,两个站点都有明显的日变化特征,1月份塔中站土壤热通量日平均变化幅度小于肖塘站,日较差分别为58.9 W.m2和72.4 W.m2,4月份两站土壤热通量变化幅度较为接近,日较差分别为88.1W.m2、100.1 W.m2。7、10月份塔中站土壤热通量变化幅度明显高于肖塘站,日较差分别为99.0 W.m2、53.7W.m2,100.3 W.m2、73.3W.m2。(2)不同天气条件下两个站点土壤热通量变化都有很大差异。晴天,塔中站和肖塘站土壤热通量变化都呈现出单峰型,变化幅度较一致,日较差分别为119.7 W.m2、119.1 W.m2。沙尘天和雨天受云层或降水的影响土壤热通量变化波动较大,沙尘天塔中站变化幅度小于肖塘站,日较差分别为83.6 W.m2、133.1 W.m2;雨天塔中站和肖塘站变化幅度都很剧烈,日较差分别为70.6 W.m2、66.6 W.m2。(3)年变化尺度上,塔中站土壤热通量在7月份达到最大值(7.7 W.m2),在11月出现最小值(-5.3 W.m2),肖塘站7月份出现最大值(4.2 W.m2),11月份出现最小值(-10.2 W.m2)。塔中站和肖塘站土壤热通量年总量差异很大,塔中站为16.8 W.m2,能量由大气向土壤传递,土壤为热汇,而肖塘站则为-34.9 W.m2,能量由土壤向大气传播,土壤表现为热源。     

2006年夏季塔中一次沙尘暴发生期问近地层气象特征个例分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站的两种前向散射能见度仪(CJY-1C和FD12)2009年6月14日-8月5日的探测数据和人工目测数据对各种天气下的能见度变化进行了对比分析.结果表明,FD12和CJY-1C型能见度仪数据有很好的一致性.在能见度较低时,FD12型能见度数据与平均值偏离程度最小,测量更加稳定.FD12型能见度仪数据更接近于目测能见度数据.对于两种能见度仪,两者在扬沙天气的相关性最好,浮尘天气下的相关性较好,沙尘暴天气次之,典型晴天下的相关性最小,可在监测浮尘和扬沙天气时互相替代使用.     

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。