黄河上游夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用2005年7月17日-8月9日玛曲地气相互作用预实验观测资料, 从中选取了5个资料完整的连续晴好天气, 分析了黄河上游高寒草甸地区夏季小气候、 地表辐射和能量平衡连续日变化特征. 结果表明: 在晴好天气条件下这一地区近地层动量湍流通量受风速切变控制;总辐射峰值与青藏高原北部相比略小, 但比干旱半干旱区的敦煌要大;地表反照率平均值为0.17, 介于河西金塔绿洲农田与沙漠观测的结果之间;能量平衡中潜热释放比感热输送显著的多;观测中也发现有较大的能量不平衡差额. 获得了对这一地区夏季地表辐射、能量、反照率、能量闭合度和小气候特征的一些新认识, 为今后在这一地区进一步开展深入研究提供借鉴.     

青藏高原唐古拉山多年冻土区夏、秋季节总辐射和地表反照率特征分析

根据青藏高原唐古拉山多年冻土区2005年6月24日~10月16日的总辐射、分光辐射和分光反照率观测资料,利用总辐射和大气层顶太阳辐射的比值——日有效透射率T_eff,用聚类分析法将资料划分为晴天、多云和阴天三类天气,分析了该地区夏、秋季节总辐射、分光辐射比例和分光反照率的日变化和季节变化规律.结果表明,夏季总辐射与大气层顶的差值和日际变化幅度最大,秋季以后这种差值和日际变化幅度减小.天空状况对分光辐射比例和地表反照率均有影响,表现为近红外辐射比例晴天比阴天大,可见光比例晴天比阴天小,各波段反照率晴天均比阴天大.反照率在夏季最低,秋季较高,反照率的日变化有依存分光辐射比例的关系,这大致可以解释地表反照率依存太阳高度角而变化的现象.无积雪地面反照率近红外波段大于可见光波段,地表有积雪时,反照率明显不同,其可见光波段反照率大于近红外波段反照率.功率谱分析表明,日有效透射率T_eff存在着2~3 d的周期,它是该地区天气系统活动影响太阳辐射收入的一个反映,指示出唐古拉山地区天气系统亦有2~3 d的周期性.     

藏北高原多年冻土区地表反照率特征分析

利用青藏高原冰冻圈观测研究站西大滩、五道梁和唐古拉自动气象站(AWS)2006—2007年的辐射观测资料,分析了藏北高原多年冻土区不同下垫面的地表反照率特征.结果表明:该地区地表反照率在四季都表现出明显的日变化特征,呈U形,早晚大,中午小.日平均和月平均地表反照率有相同的年变化特征,且冬半年的地表反照率远远大于夏半年.受积雪的影响,地表反照率年均值较高,夏季最小,冬季最大,春季大于秋季.针对3种不同植被类型的下垫面,在四季反照率都有高寒草甸(唐古拉)高寒草原(西大滩)荒漠草原(五道梁)的特点.     

青藏高原北麓河地区沥青路面辐射特征分析

沥青路面是寒区道路工程主要路面类型之一, 其对热量的吸收易诱发寒区道路病害. 在青藏高原北麓河试验场对沥青路面和天然地表的太阳辐射和地面辐射通量进行了观测, 对比分析了两种地面类型在能量辐射方面的差异. 结果表明: 天然地表的反照率是沥青路面的2~3倍. 沥青路面和天然地表的辐射通量总体呈夏季 >秋季 >春季 >冬季特点. 到达沥青路面的向下长、短波辐射量均大于天然地表, 沥青路面向上的长波辐射通量大于天然地表. 2009年9月-2010年8月沥青路面的净辐射量比天然地表多302.2 MJ·m^-2, 2010年9月-2011年8月向上的短波辐射相对增加, 使得沥青路面的净辐射量仅比天然地表多28.21 MJ·m^-2. 在5 cm深度, 沥青路面的温度比天然地表高约1.15~8.6 ℃. 对短波辐射的削减和对长波的吸收是其净辐射量增加的重要原因, 在能量辐射方面的差异是造成沥青路面吸热的重要原因之一.     

青藏高原多年冻土区沥青路面下融化盘形成变化特征

在青藏高原多年冻土区，沥青路面的辅设改变了地表与大气之间的热交换关系，尤其是路面水分蒸发量大量减少，致使路面突然升高，多年冻土层内能量积蓄增多，地温升高，上奶宵年下降。最终在路基下多年冻土顶板上形成融化夹层，并随时间延长，多年冻土顶板下降，融化夹层逐年扩大，多年冻土地下冰融化，路面破坏，严重影响道路运营。     

黄河源鄂陵湖地区辐射收支和地表能量平衡特征研究

利用2010年6-7月鄂陵湖野外试验的近地层观测数据,分析了在不同天气条件下黄河源鄂陵湖地区辐射分量、地表能量分量、土壤温度和反照率的变化特征. 结果表明：不同天气条件下,辐射和地表能量各分量日变化差异较大,晴天、阴天和雨天的地表反照率依次递减,平均反照率约为0.21;观测期内,平均辐射贡献从大到小依次为向上长波、向下长波、向下短波、向上短波,日积分值分别为31.4 MJ·m^-2、25.6 MJ·m^-2、22.4 MJ·m^-2、4.2 MJ·m^-2,净辐射(12.5 MJ·m^-2)占向下短波辐射的55.7%;平均地表能量和土壤温度的变化幅度较晴天小,感热、潜热、0 cm土壤热通量的平均日积分值分别占净辐射的21.2%、43.1%、8.2%;平均土壤温度变化幅度随深度增加逐渐减小,浅层土壤温度峰值较晴天低2 ℃,深层土壤温度相差不大. 云和降水的扰动削弱了向下短波辐射,导致平均感热通量和0 cm土壤热通量的峰值比晴天小,而平均潜热通量的峰值大于晴天. 由于湖泊水体巨大的热容量和水分供应,鄂陵湖地区的气温日较差较小,地表温度变化幅度变小,附近地表温度升高缓慢. 鄂陵湖区的地表能量平衡中,潜热通量占主导,感热和地表土壤热通量次之. 研究结果有助于理解气候变化背景下黄河源区湖泊的能量水分循环过程,为促进该地区光热资源的合理利用和畜牧业的可持续发展提供数据支持.     

黑河下游绿洲地表辐射平衡及小气候特征分析

利用额济纳绿洲2004年5~10月微气象站观测资料,分析了该地区地表能量平衡及小气候特征.结果表明:在绿洲内太阳总辐射、光合有效辐射、净辐射有明显的季节变化及日变化,日峰值及月总量在7月份达到最高.地表能量平衡季节变化显著,5、8、9、10月份,地面能量交换基本以感热通量为主,Bowen比值在日间>4;6、7月份,潜热蒸发是能量平衡的主要部分,Bowen比基本<1.5~10月土壤热通量值始终较小,约占净辐射的15%~20%.绿洲内近地层风速基本在0~5 m·s^-1之间,夜间风速变化很小,日间风速较大.随着土壤深度的增加,土壤温度变化趋势越来越缓慢,地表温度波动变化最大,而在40 cm深处土壤温度日变化很小.     

青藏高原林芝与四川盆地温江地区晴天辐射和能量平衡特征

分析了2008年青藏高原林芝地区与四川盆地温江地区无降水条件下地表辐射、 湍流通量和地表反照率的日变化及月际变化特征, 并探讨了季风过程对其产生的影响.结果表明: 林芝与温江地区地表辐射和湍流通量都具有明显的日变化和月际变化周期, 季风期受云的影响, 日循环规律变得不是非常规则.季风对林芝地区地表能量分配影响极大, 季风前感热通量占主导地位, 季风期和季风后(夏、 秋节)潜热通量是净辐射的主要消耗项; 温江地区全年潜热在净辐射的分布中占主导地位, 感热通量的作用和土壤热通量相当. 林芝地区年平均地表反照率为0.21, 温江地区年平均仅为0.14; 季风前(3-5月)、 季风中(6-7月)和季风后(8-9月), 林芝地区的地表反照率分别为0.20、 0.19和0.20, 温江地区的地表反照率分别为0.13、 0.11和0.14.     

兰州马衔山多年冻土区地表能量平衡特征分析

利用兰州马衔山多年冻土区2010年7月1日到2011年6月30日的气象资料, 采用气象梯度法计算了该地区的感热通量和潜热通量, 结合净辐射分析了该地区的地表能量平衡特征.结果表明: 马衔山多年冻土区净辐射呈现明显的年变化特征, 净辐射值较青藏高原西大滩地区略大, 而较唐古拉地区小; 净辐射冬春季主要转化为感热, 而夏秋季主要转化为潜热, 这一特点与青藏高原唐古拉和西大滩地区类似; 潜热年平均值略大于感热年平均值, 这与马衔山多年冻土区沼泽湿地的保护作用及充足的水分条件有关.此外, 地下冰的存在有效地保护了该地区的多年冻土.     

考虑降雨作用的多年冻土区不同地表土质活动层水热过程差异分析

为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制,探讨了考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质(砂土、亚砂土、粉质黏土)地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明:随着土壤粒径增大,地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小,不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著,地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小;土壤粒径越大,水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著,但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大;随着土壤粒径增大,土壤浅表层水分减少,25～75 cm水分略有增加;随着土壤粒径增大,土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小,土体温度梯度降低,相同深度处土壤温度更高,活动层厚度增大,不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。     

青藏公路下伏多年冻土的融化分析

基于青藏公路沿线高温冻土区和低温冻土区2组地温观测孔5 a的地温观测资料, 研究了路基下伏多年冻土的融化状态, 定量分析了进入路基下多年冻土内的热状况. 结果表明: 路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温, 路基近地表经历的融化期长于对应天然地表, 高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态, 进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因. 低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主, 随着地温的增高, 低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化.     

不同土壤热通量测算方法的比较及其对地表能量平衡闭合影响的研究

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,对其测算方法的研究对理解能量平衡过程具有十分重要的意义.利用2010年馆陶站土壤热通量等相关观测数据对多种测算土壤热通量的方法:实测土壤热通量和热储存量的结合方法(PlateCal)、热传导方程校正法(TDEC)、谐波分析法(HM)、平均土壤热电偶法(TCAV)、耦合热传导—对流法(ITCC)获取的地表土壤热通量进行了对比分析,并且采用最优方法计算馆陶站2008-2010年的地表土壤热通量,分析了该站土壤热通量日、季节变化特征.主要结论如下:①PlateCal和TDEC法分别为获取土壤热通量的最优观测与计算方法,而HM,TCAV和ITCC法计算结果均不理想;②PlateCal与TDEC法对地表土壤温度均不敏感,而HM法对地表土壤温度则比较敏感,各种地表土壤热通量的观测与计算方法均对土壤湿度敏感;③馆陶站冬小麦、玉米覆盖地表及地表裸露时期的地表土壤热通量均呈现典型的日、季节变化特征,与净辐射变化趋势一致;④考虑热储存后,可将馆陶站2010年各月地表能量闭合率提高4％～11％,对2008-2010年的年能量平衡闭合率提高3％～5％.     

Response of hydrothermal activity in different types of soil at ground surface to rainfall in permafrost region

In order to understand the hydrothermal activity mechanism of active layers to rainfall in permafrost regions caused by humidification of climate, the differences of ground surface energy balance and hydrothermal activity in different types of shallow soil with the consideration of rainfall were discussed. Based on the meteorological data in 2013 observed at Beiluhe observation station of Tibet Plateau, three types of shallow ground soil (i.e., sandy soil, sandy loam and silty clay) were selected to compare the differences in the water content and energy balance at the ground surface, dynamic processes of water and energy transport in active layers and coupling mechanism under rainfall condition in the plateau using a coupled water-vapor-heat transport model. The results show that the increase of soil particle size leads to the increase of surface net radiation and latent heat of evaporation, but the decrease of soil heat flux. The difference of surface energy balance, especially the sensible heat flux and latent heat of evaporation, are larger in the warm season but smaller in the cold season. The liquid water transport under hydraulic gradient and the water-vapor transport under thermal gradient are obvious as the particle size in soil increases. However, the water-vapor flux under thermal gradient increases but the liquid water flux under hydraulic potential gradient decreases. As a result, the water content in shallow soil decreases accordingly but it increases slightly at the depth of 25 ~75 cm. Moreover, with the increase of soil particle size, the thermal conductivity of soil, convective heat transfer under rainfall and surface evaporation increase, but the soil heat conduction flux and soil temperature gradient decrease. Thus, soil temperature in sandy soil is much higher than that of sandy loam and silty clay at the same depth. The permafrost table declines with the increase of the thickness of active layer, which is unfavourable to permafrost stability. The results can provide theoretical reference for stability prediction and protection of permafrost caused by humidification of climate.     

青藏高原唐古拉多年冻土区冻融循环过程中的能量平衡特征

青藏高原多年冻土区冻融循环过程对地表能量及其分配的影响研究相对较少,青藏高原唐古拉站多年冻土的实测资料,依据10 cm土壤温度划分浅层土壤冻融循环的各个阶段并结合能量闭合率、地表能量各通量等数据探讨浅层土壤冻融循环过程与地气间水热交换过程之间的影响.结果表明:浅层土壤冻融循环过程各阶段均受气候变化的影响,其融化过程起始...     

The role of rainfall in the thermal-moisture dynamics of the active layer at Beiluhe of Qinghai-Tibetan plateau

The active layer in permafrost regions plays an important role in energy exchange between permafrost and atmosphere. Rainfall is one of the dominant factors affecting thermal-moisture dynamics of the active layer. To better understand the thermal-moisture dynamics and the interaction between rainfall and the active layer in-detail, in situ experiment was carried out and soil temperature, soil moisture and soil heat flux of the active layer were measured from 2007 to 2009. The observation data demonstrated that the volumetric soil water content of the active layer remained fairly constant during the winter and had a notable fluctuation resulted from evapotranspiration and rewetting from rainfall events in summer. The daily variation amplitude of soil temperature and soil heat flux in summer was bigger than that in winter. Soil moisture content increased and soil temperature decreased after rainfall. Rainfall in summer led to the change of surface energy balance and caused subsurface soil cooling. The convective heat transfer from water infiltration reduced the temperature gradient along depth and changed near-surface heat fluxes. The increase in rainfall may mitigate permafrost degradation on the Tibetan Plateau.     

祁连山七一冰川消融期间的能量平衡特征

冰川表面的能量平衡可以描述冰雪消融与气候响应之间的物理机制,利用2006年6月9日至9月28日在祁连山七一冰川消融区中部自动气象站(AWS)的观测资料,对七一冰川表面的能量平衡进行了估算.结果显示:在冰川消融期,净辐射、湍流热通量和冰川消融耗热是能量平衡的主要组成部分,能量收入方面主要是净辐射和感热通量,分别约占总能量收入的82.4%和17.6%;而支出方面主要是冰雪消融耗热和潜热释放,分别约占总能量支出的87.2%和12.8%.2006年7月31日至8月6日进行了为期近7 d的冰面径流场观测,基于能量平衡原理,对冰川表面的消融进行了模拟,模拟的消融速率和实测的冰面消融数据吻合的较好.     

降雨对青藏高原多年冻土区地表辐射的影响 ——以北麓河地区为例

青藏高原地表辐射变化影响多年冻土地表能量收支平衡、热工计算温度场边界条件以及冻土热稳定性.降雨变化是影响地表辐射的重要因素,以青藏高原北麓河地区的地表辐射资料和浅层地表水热监测数据为基础,分析了降雨对多年冻土区地表辐射特征的影响.研究表明:受降雨影响,辐射分量具有明显的日变化和年际变化特征,短波辐射被严重削弱,地面长波...     

陇中黄土高原冬季地表辐射和能量平衡特征

利用定西试验基地2003年12月至2004年2月获取的地气相互作用观测资料,分析了陇中黄土高原冬季典型天气（晴天、阴天及雪天）和平均状况下的地表辐射能量平衡和土壤温度等微气象特征的日变化规律。结果表明,在典型天气间微气象特征有较大差异,但冬季的平均特征与晴天比较接近,云和降雪的扰动影响有限。冬季地表能量平衡以感热输送为主,土壤热通量为辅,且普遍存在不平衡现象。冬季初的2／3时段净辐射及土壤热通量日总量基本为负值,之后的1／3时段为正值,冬季地面加热场为热源。冬季土壤温度在地表及20 cm土壤层存在日变化,30 cm及以下土壤温度日变化很小。冬季地表日平均反射率基本在0.20～0.25之间变化,平均值为0.22。