一次沙尘暴过境前后呼市气象要素和PM10变化特征

利用呼和浩特市自动站观测的气象要素资料和探空资料以及呼和浩特市环境监测站监测的PM10数据,分析了沙尘暴过境前后地面气象要素、高空风和理查逊数以及PM10变化特征。结果表明:沙尘暴发生前受地面低气压控制,空气极度干暖,风向为稳定的西南风,3～5.5km高度上有较强的动量下传,大气不稳定性在500～400hPa之间。沙尘暴过境时气温迅速下降,风速急剧增大,风向突变为西北风,空气呈干冷状态,1.5～3km高度上有较强的动量下传,大气的不稳定性主要发生在850 hPa以下。沙尘暴发生时较发生前PM10浓度值增加21倍。     

宁夏中北部沙尘暴过程中气象要素变化特征及成因分析

利用常规气象观测资料,统计分析了宁夏中北部地区沙尘暴天气的持续时间及相关气象要素的变化及成因。结果表明：风向对沙尘暴天气的发生具有重要影响,从西到北之间的五个风向下发生沙尘暴天气的次数占沙尘暴天气总次数的70％以上;在同一次沙尘暴天气过程中．不同代表站沙尘暴天气的持续时间与地形、地貌及地理环境的关系最密切,其次是与最大风速的关系;但同一代表站在不同的沙尘暴天气过程中最大风速对沙尘暴天气的持续时间影响最大;沙尘暴天气发生总次数越多的测站,在同一沙尘暴天气过程中持续时间相对越长。形成盐池站多沙尘暴天气的沙源,除背景沙源外,本地沙源的补充也有重要作用。     

南疆一次强沙尘暴前后塔中近地面各气象要素的变化特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中站2006年4月10日一次强沙尘暴前后连续5天地面、土壤中、以及80 m高塔站梯度观测系统的各气象要素资料,详细地分析了该沙尘暴前后不同沙尘天气日各要素的变化特征.结果表明:这次沙尘暴是南疆气温持续回暖、热低压强烈发展、沙尘暴和浮尘天气持续时间长的一次南疆东灌型强沙尘暴过程.温、湿廓线在沙尘暴过境时,因强湍流交换,整个近地层大气基本上处于中性层结,沙尘暴日为降温增湿的过程;沙尘暴日前后大气层结发生了转变,破坏了晴天正常的逆温、逆湿结构.风速廓线在沙尘暴日满足对数律关系,而在沙尘暴日前后的天气里,风速较小,规律性差.沙尘暴过境时0O cm和5 cm地温变化趋势与1.5 m气温相似,过境前1.5 m气温比5 cm地温达到峰值的时间约提前1～2 h,过境后反而又滞后1～2 h.     

雨季前后珠峰地区近地层气象要素、辐射及能量平衡分量变化特征

利用架设在珠峰北坡4475m高度处的一套开路涡动协方差测量系统,对曲宗地区的大气状况进行了连续观测.分析了近地层气象要素、辐射平衡各分量和能量平衡各分量在高原雨季前(5月),雨季中(7月)和雨季后(11月)的变化特征.通过分析,发现曲宗地区气温和相对湿度日平均变化均呈单峰单谷型特征,气压则呈双峰双谷型特征,风速日变化为单峰型特征,风速一般在午后突然增大.伴随着雨季的爆发,曲宗地区气温升高,相对湿度增大,气压升高,风速减小.主导风向由东北风转换成西南风.雨季前后,辐射平衡各分量及能量平衡各分量均具有明显的变化趋势.     

宁夏春季沙尘暴与气象要素及环流指数的关系

利用1961-2000年宁夏中北部5站的地面观测资料分析了前期气温、降水对宁夏中北部沙尘暴发生频数的影响,并讨论了亚洲环流指数与沙尘暴发生频数的关系。结果表明：宁夏中北部春季沙尘暴发生的频数与前一年的降水量和前冬气温的关系都呈反相关;春季3、4月沙尘暴的发生频数与同期亚洲环流指数为正相关关系。由于地貌和下垫面的差异以及人类活动的影响,所选各站的春季沙尘发生频数与其上年降水量的相关程度有明显差异;而各站所处的地理位置、上风方下垫面状况的差异可能是造成亚洲环流指数与其沙尘暴发生频数的相关程度差异的原因。     

通辽市一次沙尘暴过程气象要素及PM_(10)变化特征分析

利用通辽气象观测站高空探测资料、地面常规观测资料和沙尘暴监测资料,对2012年3月29日通辽市沙尘暴天气过程气象要素变化特征及其与沙尘暴强度之间的关系进行了分析,并分析了沙尘暴过程中pM_(10)浓度变化特征。结果表明:蒙古气旋和冷锋是形成这次沙尘暴的主要原因,高空和近地面的风速、风向、温度、湿度及气压变化均与沙尘暴的强度密切相关,pM_(10)浓度与沙尘暴的强度之间有很好的对应关系,强沙尘暴时pM_(10)浓度最大值为13548.8 ug·m~(-3)。     

塔克拉玛干沙漠一次强沙尘暴的辐射特性及 气象要素分析

应用遥感资料及塔中80 m观测塔探测系统采集的数据,对塔克拉玛干沙漠一次强 沙尘暴过境前后情况进行了监测,并分析了近地层短波辐射特性以及风速、风向、温度、湿度、气 压的演变特征。结果表明：沙尘暴过境前后,总辐射、反射辐射明显降低,且达到峰值的时间滞后, 短波辐射日变化与地面风速日变化相对应,主要受控于湍流作用,沙尘暴不仅严重影响能见度, 而且还严重影响到达地表的太阳辐射,从而影响到天气气候。沙尘暴过境前,地面水平风风向经 历了多次调整,风向调整时,风速减弱,调整之后,风速加大;沙尘暴过境时风速急剧增强,但风向 较为稳定。沙尘暴来临前夕,地面空气干热,处于低压控制之下;而沙尘暴过境时和过境后,地面 空气呈湿冷状态,气压急剧上升,最终处于高压控制之下。整场沙尘暴过程是一个降温增湿增压 的过程。     

乌海市沙尘暴日数变化特征及相关因素分析

使用乌海市国家一般气象站1961—2019年沙尘暴日数、降水量、气温等气象要素数据以及土壤水分、绿化覆盖率数据,分析了乌海市沙尘暴变化特征和影响因素.结果表明:(1)乌海地区沙尘暴日数呈减少趋势,以5.6 d/10 a的速度下降.(2)沙尘暴日数具有明显的月季变化,主要集中在3—7月,表现为"春夏多,秋冬少"的特征.(...     

鼎新戈壁下垫面近地层小气候及地表能量平衡特征季节变化分析

利用在甘肃酒泉金塔地区进行的 “绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究” 野外试验中的鼎新戈壁下垫面近地层2年的微气象观测资料, 分析了鼎新戈壁下垫面近地层小气候和能量平衡特征的季节变化规律。结果表明: 鼎新戈壁地区四季的平均风速在2～6 m/s之间, 没有明显的地方性风, 局地环流和局地相互作用可忽略; 冬季8 m向上比湿梯度垂直减小, 其他季节接近等比湿分布。7月, 典型晴天天气下, 能量平衡各量表现出标准的日循环形态, 白天感热通量峰值达到574 W/m2, 地热流量峰值为101 W/m2, 潜热很小, 在夜间和正午时刻存在负水汽输送现象; 然而降水天气下, 地气之间能量传输却以潜热蒸发为主, 感热很小, 地热流量为负值; 无论晴天和阴天, 地表和浅层 (5 cm和10 cm) 土壤温度都表现为准正弦曲线变化; 与敦煌戈壁相同, 土壤温度的活动层基本在10 cm范围以内, 40 cm以下地温已不存在日变化特征; 降水天气下, 地表和浅层土壤温度有随时间减小的趋势。能量平衡各分量均具有明显的季节变化规律, 感热通量季节平均的峰值在250～400 W/m2之间, 在夏季最大, 冬季最小; 潜热通量季节平均的最大值只有15 W/m2; 地气之间能量传输全年都以感热输送为主; 云和降水使夏季能量平衡各分量与晴天相比减少25％左右, 这种影响程度比极端干旱的敦煌荒漠戈壁地区稍大, 而小于半干旱的陇中黄土高原地区。另外, 在这一地区干旱情况很严重, 夏季的Bowen比极值达到62.4, 季节平均值也高达16.5。     

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。     

甘肃中部旱作农田地表能量收支特征分析

利用在甘肃中部旱作农田多年积累的波文比能量平衡及辐射观测资料,分析了平均气候状态及不同天气状况下旱作春小麦农田不同生育期的辐射能量变化特征。结果表明:1)在晴天状况下的旱作春小麦农田,能量平衡各分量、总辐射、直接辐射、大气透明度系数P2等项中,每个要素在不同生育期的日变化趋势都是相同的,但是在量值上却存在差别,一般都是随着春小麦生育进程的变化而逐渐增大;2)在春小麦各生育期内,晴天波文比的日变化趋势相同。波文比值夜间大于白天,白天上午又相对大于下午,一日中波文比的最小值出现在下午3～4时左右。从整个生育期来说,波文比随生育进程的变化而逐渐增大,但是潜热交换一直居于主导地位,而感热输送只是处于从属地位,白天波文比总是<1;3)晴阴天不同天气状况下,农田地表获得的能量在量值上存在差别,阴天时总辐射、净辐射的日总量值一般为晴天时的30%～40%,可利用能量的分配规律在不同天气状况下不同,晴阴天潜热与感热的变幅约在15%。     

Towards Closing the Surface Energy Budget of a Mid-latitude Grassland

Observations for May and August, 2005, from a long-term grassland meteorological station situated in central Netherlands were used to evaluate the closure of the surface energy budget. We compute all possible enthalpy changes, such as the grass cover heat storage, dew water heat storage, air mass heat storage and the photosynthesis energy flux, over an averaging time interval. In addition, the soil heat flux was estimated using a harmonic analysis technique to obtain a more accurate assessment of the surface soil heat flux. By doing so, a closure of 96% was obtained. The harmonic analysis technique appears to improve closure by 9%, the photosynthesis for 3% and the rest of the storage terms for a 3% improvement of the energy budget closure. For calm nights (friction velocity u _* < 0.1 m s⁻¹) when the eddy covariance technique is unreliable for measurement of the vertical turbulent fluxes, the inclusion of a scheme that calculates dew fluxes improves the energy budget closure significantly.     

A Case Study of the Impacts of Dust Aerosols on Surface Atmospheric Variables and Energy Budgets in a Semi-Arid Region of China

The authors present a case study investigating the impacts of dust aerosols on surface atmospheric variables and energy budgets in a semi-arid region of China. Enhanced observational meteorological data, radiative fluxes, near-surface heat fluxes, and concentrations of dust aerosols were collected from Tongyu station, one of the reference sites of the International Coordinated Energy and Water Cycle Observations Project (CEOP), during a typical dust storm event in June 2006. A comprehensive analysis of these data show that in this semi-arid area, higher wind velocities and a continuously reduced air pressure were identified during the dust storm period. Dust storm events are usually associated with low relative humidity weather conditions, which result in low latent heat flux values. Dust aerosols suspended in the air decrease the net radiation, mainly by reducing the direct solar radiation reaching the land surface. This reduction in net radiation results in a decrease in soil temperatures at a depth of 2 cm. The combination of increased air temperature and decreased soil temperature strengthens the energy exchange of the atmosphere-earth system, increasing the surface sensible heat flux. After the dust storm event, the atmosphere was dominated by higher pressures and was relatively wet and cold. Net radiation and latent heat flux show an evident increase, while the surface sensible heat flux shows a clear decrease.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过境时近地层风速、温度和湿度廓线特征

利用塔中80m梯度观测塔探测系统采集的资料,详细的分析了2006年4月10日沙尘暴过境时,塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速、温度和湿度廓线的演变特征。结果表明:风速廓线满足风速值随高度增高而增大,风速梯度随高度增高而减小的对数律关系;沙尘暴由爆发前到过境时,温度廓线的温度值由随高度增高而增大转变为温度值随高度增高而减小,同时在贴地层2m处存在一微弱拐点;沙尘暴过境时,近地层大气出现微弱逆湿现象,并在不同高度上存在多处拐点,比湿增减在时间上与风速的增减呈负相关性,且整个沙尘暴天气是一个降温增湿的过程。     

成都平原农田下垫面地表通量特征及能量平衡分析

地表能量平衡是地-气间相互作用的重要方式,随着涡旋相关技术在物质传输和能量交换研究中的广泛应用,如何评价其观测数据的可信度则变得尤为重要。利用成都平原温江大气边界层观测站2008年观测资料,分析了农田下垫面上能量收支各分量和辐射平衡各分量的特征及变化规律,并运用最小二乘法(Ordinary Least Squares,OLS)线性回归方法和能量平衡比率(Energy Balance Ratio,EBR)方法对湍流通量(感热与潜热通量之和)与有效能量(净辐射与地表土壤热通量之差)之间的关系进行了研究,得到了一些有意义的结果。     

0601号登陆台风及暴雨减弱消亡过程中的动能收支分析

利用高分辨率（10km）数值模拟的结果,以登陆华南并引发特大暴雨的0601号台风为例,对台风中田尺度动能收支平衡进行了诊断分析。结果表明,中-β尺度系统动能收支水平项（水平通量散度项和水平产生项）很小,垂直项（垂直通量散度项和垂直产生项）是动能收支方程的主要部分;动能垂直通量散度在对流层低层是动能的汇,在对流层中高层为动能的源;动能垂直产生项在对流层各层都是动能的汇;浮力产生项在300hPa以下是动能的源,在对流层高层是动能的汇;平均动能的局地变化项,在对流层各层均小于零,暴雨期间对流层动能支大于收,且动能变化在对流层中低层最明显。就整个对流层的垂直总量而言,浮力产生项是主要的动能源,而垂直产生项是主要的动能汇。较强冷空气首先从对流层中层入侵台风环流系统,抑制动能制造和传输,是中田尺度对流系统不能维持、发展的主要原因,也是台风系统及其暴雨不能长久维持的关键。     

甘肃空中水汽含量演变特征

为揭示甘肃空中水汽的时空演变,采用EOF、REOF、小波分析和计算Petitt变点等方法,研究了该区域大气中水汽含量在近40 a的变化.结果表明：甘肃水汽变化存在4个敏感区（空间型）,东部、西部是最敏感地区,中部敏感程度次之;在时间变化上阶段性明显,1977、1987年发生突变,1977年之前呈明显下降趋势,1977～1987年间波动,1987年后呈明显上升趋势;小波分析表明水汽变化存在2～4 a为主的振荡,20世纪70年代以前变幅大,80年代以后变幅小.     

新疆东部黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征

新疆东部黑戈壁作为气候恶劣、人迹罕至的生态脆弱区,具有丰富的太阳能资源。利用红柳河陆气相互作用观测站2019年4、7、9月观测资料,分析东疆黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征。结果表明：（1）地表辐射及能量收支各分量日变化均为单峰型。就不同季节而言,太阳总辐射和净辐射为夏季>春季>秋季,反射短波辐射为春季>夏季>秋季,地表和大气长波辐射为夏季>秋季>春季。（2）能量收支各分量季节变化明显,感热通量为春季>夏季>秋季,潜热通量为夏季>秋季>春季,地表土壤热通量为秋季>夏季>春季;能量分配在不同季节均以感热为主,地表土壤热通量次之,潜热通量极其微弱。（3）地表反照率日变化均为“U”型,在不同季节表现为春季>秋季>夏季,依次为0.29、0.27、0.26。东疆黑戈壁地表反照率整体较高,这是下垫面为黑色砾石所致。     

利用简单生物圈模式SiB2模拟青藏高原地表能量收支

利用简单生物圈模式SiB2模拟了西藏短草大草原安多观测站1998年7月15日至9月10日期间的地表能量分配、 地表有效辐射温度和土壤湿度。季风期, 平均冠层高度和叶面积指数大约分别为0.05 m和0.5。实验地点基本代表了夏季藏北高原大面积特征。所用资料为全球能量与水循环实验GEWEX (Global Energy and Water Cycle Experiment) 亚洲季风实验GAME (Asian Monsoon Experiment) 的西藏观测期间安多观测站微气象实地测量。采用这些资料确定SiB2所需要的参数和初始值后, 由该资料中半小时一次的太阳短波辐射、大气长波辐射、水汽压、气温、水平风速和降水驱动SiB2, 最后将模拟结果与实际测量的湍流通量、 地表温度和土壤湿度进行了对比, 进一步检验SiB2对季风期间青藏高原稀疏草原地表能量分配的模拟能力。对比结果表明: (1) 当模式低估净辐射0.2%时, 模式分别高估感热、 潜热和土壤热通量4%、 13%和8%; (2) 模式得出的地表温度偏高5%; (3) 土壤湿度估计合理。总的来说, SiB2对辐射分量模拟结果的偏差相对较小, 相关程度普遍比感热通量、 潜热通量和土壤热通量的模拟结果高。     

Satellite Monitoring of the Surface Water and Energy Budget in the Central Tibetan Plateau

The water and energy cycle in the Tibetan Plateau is an important component of Monsoon Asia and the global energy and water cycle. Using data at a CEOP （Coordinated Enhanced Observing Period）-Tibet site, this study presents a first-order evaluation on the skill of weather forecasting from GCMs and satellites in producing precipitation and radiation estimates. The satellite data, together with the satellite leaf area index, are then integrated into a land data assimilation system （LDAS-UT） to estimate the soil moisture and surface energy budget on the Plateau. The system directly assimilates the satellite microwave brightness temperature, which is strongly affected by soil moisture but not by cloud layers, into a simple biosphere model. A major feature of this system is a dual-pass assimilation technique, which can auto-calibrate model parameters in one pass and estimate the soil moisture and energy budget in the other pass. The system outputs, including soil moisture, surface temperature, surface energy partition, and the Bowen ratio, are compared with observations, land surface models, the Global Land Data Assimilation System, and four general circulation models. The results show that this satellite data-based system has a high potential for a reliable estimation of the regional surface energy budget on the Plateau.