用微气象方法估算淮河流域能量平衡（HUBEX／IOPl998／99）的统计分析和比较研究

利用1998和1999年HUBEX强化观测期在安徽寿县用微气象方法(波比-能量平衡法和涡度相关法)观测的资料，分析了该地区的能量平衡特征，同时与其他地区的结果进行了初步比较，结果表明：(1)用涡度相关方法测定的感热和潜热之和(H E)ec与下垫面有效能量(Rn-G)的一致性比较好，但用波比方法估算的潜热通量Ebr比用涡度相关法测定的潜热通量Eec略高(约10％)。(2)大部分净辐射能用于了地表蒸发，1998和1999年，净辐射通旦的平均日总量分别是13．89MJm^-2d-1和11．83MJ m^-2 d^-1；两年的平均波比分别是0．14(杂草)和0．06(稻田)。(3)波比在日出和日落时数值大且不稳定，白天比较小且比较稳定，另外，1999年在稻田上观测到明显的局地平流现象。(4)通过与我国其他地区的观测资料比较，淮河流域稻田的波比最小(0．06)，在内蒙古草原观测的波比值最大(0．57)。波比值的大小主要与土壤水分有关。     

藏北高原草甸下垫面近地层能量输送及微气象特征

利用GAME/Tibet 1998年IOP观测资料,分析研究藏北高原草甸下垫面近地层的地面加热场、地表能量平衡、地面阻曳系数CD及感热通量整体输送系数CH等特征,得到了一些有关藏北高原草甸下垫面近地层能量输送及微气象特征结构的新认识.     

内蒙古半干旱草原能量物质交换的微气象方法估算

根据1998年5～8月和1999年8月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位试验站进行微气象观测的资料,作者分析了该地区能量平衡及其各分量的基本特征.结果表明:(1)净辐射通量的转化形式有明显的季节性变化,5～6月份,净辐射能大部分用于感热交换,而后期则多用于潜热交换,5～8月份的日波文比值分别为1.26,1.42,0 41和0.20.(2)观测期间,波文比的日变化特征表现为,早晚变化大不稳定,而白天则相对稳定.(3)用涡度相关方法观测的感热和潜热通量之和与同期的净辐射相比较,前者的结果偏小1 5%左右,两种方法观测到的潜热通量的差异达平均35%左右.(4)半干旱草原CO2通量有明显的日变化,在生长旺期,白天CO2通量强度可达到1.5 mg s-1m-2以上,但在生长后期,1998年和1999年8月份的白天CO2通量强度分别为0.38 mg s-1m-2和0.2 mg s-1m-2左右;其差异与草地土壤水分和植物长势有关.     

青藏高原不同地区夏季近地层能量输送与微气象特征比较分析

利用2009年7月在青藏高原理塘、林芝、海北、拉萨获得的气象观测资料,对比分析了这些地区近地层气象要素、辐射收支及湍流通量日变化特征。结果表明：无论是高原东部、中部还是北部,无论是高原台地还是高山峡谷区,7月份近地层各气象要素、湍流通量、辐射收支都有明显的日变化。各地区的地表辐射、感热、潜热等最高值都出现在中午,最低值出现在早晨。地表反照率日变化均呈早晚高中午低的＂U＂型分布。地面热源强度在白天均为热源,正午为强热源,在夜间表现为弱的冷、热源交替出现。7月份近地层地气热量交换中,感热输送作用小,潜热输送占主导地位。动量通量和摩擦速度均在风速较大的下午较大,风速小的早晨小。     

青藏高原不同地区夏季近地层能量输送与微气象特征比较分析

利用2009年7月在青藏高原理塘、林芝、海北、拉萨获得的气象观测资料,对比分析了这些地区近地层气象要素、辐射收支及湍流通量日变化特征。结果表明:无论是高原东部、中部还是北部,无论是高原台地还是高山峡谷区,7月份近地层各气象要素、湍流通量、辐射收支都有明显的日变化。各地区的地表辐射、感热、潜热等最高值都出现在中午,最低值出现在早晨。地表反照率日变化均呈早晚高中午低的“U”型分布。地面热源强度在白天均为热源,正午为强热源,在夜间表现为弱的冷、热源交替出现。7月份近地层地气热量交换中,感热输送作用小,潜热输送占主导地位。动量通量和摩擦速度均在风速较大的下午较大,风速小的早晨小。      

近海台风结构和能量平衡的对比研究

本文以8006和8309两个台风为例,分析了近海台风的结构,指出其重要特点是运动场和热力场的显著不对称和只有弱的暖心。本文还着重对它们在近海及登陆后的总动能和涡动动能收支及加热场情况,进行了对比诊断研究。指出近海台风的不对称结构中,隐含着消亡机制,这是由于不对称的暖区和上升区都偏离台风中心且不相一致,使台风区有效位能向动能转换的过程很弱甚至反向。另外,如台风登陆后继续维持热带系统特点,未能迅速将主要能源由潜热释放转变为斜压过程,也易迅速消亡。在加热场方面,登陆后迅速减弱的台风,最大加热强度较大,其所在层次也较高。     

空气热储存和垂直平流对干旱均匀裸土地表能量平衡的影响

利用"内蒙古微气象观测蒸发试验"的数据,估算了我国西北干旱区典型均匀裸土下垫面条件下的空气热储存和垂直平流输送,并分析了空气热储存项和垂直平流输送项对干旱区地表能量不闭合的影响。研究发现:由于干旱区温度梯度大,热力抬升作用较强,即使在均匀下垫面条件下也存在可观的垂直平流输送。在地表能量平衡方程中引入空气热储存项和垂直平流输送项之后,二者对能量不闭合的平均补偿分别达到1.0 W/m2和7.1 W/m2,闭合度分别提高2%和14%,地表能量不平衡残差平均值由26.4 W/m2减小到18.2 W/m2,地表能量闭合度由82%提升到98%,干旱区地表能量平衡有明显改善。     

WRF/NCAR模拟的夏季长三角城市群区域多城市热岛和地表能量平衡

利用一个包含城市冠层效应的区域模式(WRF/NCAR),对长三角特大城市群的夏季气候效应进行了5 a(2003—2007年)高分辨数值模拟,通过长三角地区有无城市的对比试验分析,重点分析了城市群所造成的多城市热岛和地表能量平衡及其日变化特征。结果表明:城市化会导致显著的地表升温,但昼夜不同的升温幅度造成城市地表温度日较差的降低,以及部分郊区日较差增加;城市化也减小城市近地面风速,但沿海城市升温造成的热力差异,增大白天的海风并降低夜间的陆风。同时大范围城市群的热岛能够显著降低低层气压,导致部分海面风速持续的增加;城市下垫面具有很小的潜热通量,但感热通量和热存储量较大,白天的热岛逐渐增加,并在日落前达到最大,夜间热岛基本维持,但在日出前后迅速减弱;较大的入射短波辐射、较小的向下长波辐射和较低的10 m风速能够减弱白天的热岛,而增强夜间的热岛,并且使热岛峰值从17时延后至20时出现;反之亦然。     

WRF/NCAR模拟的夏季长三角城市群区域 多城市热岛和地表能量平衡

利用一个包含城市冠层效应的区域模式（WRF/NCAR）,对长三角特大城市群的夏季气候效应进行了5 a（2003—2007年）高分辨数值模拟,通过长三角地区有无城市的对比试验分析,重点分析了城市群所造成的多城市热岛和地表能量平衡及其日变化特征。结果表明：城市化会导致显著的地表升温,但昼夜不同的升温幅度造成城市地表温度日较差的降低,以及部分郊区日较差增加;城市化也减小城市近地面风速,但沿海城市升温造成的热力差异,增大白天的海风并降低夜间的陆风。同时大范围城市群的热岛能够显著降低低层气压,导致部分海面风速持续的增加;城市下垫面具有很小的潜热通量,但感热通量和热存储量较大,白天的热岛逐渐增加,并在日落前达到最大,夜间热岛基本维持,但在日出前后迅速减弱;较大的入射短波辐射、较小的向下长波辐射和较低的10 m风速能够减弱白天的热岛,而增强夜间的热岛,并且使热岛峰值从17时延后至20时出现;反之亦然。     

盘锦芦苇湿地水热通量计算方法的比较研究

利用2005年7月盘锦芦苇湿地生长旺季的小气候梯度系统30 min观测资料和开放式涡动相关系统10Hz原始观测资料,比较并分析了廓线法、波文比能量平衡法与涡动相关法计算的芦苇湿地生态系统水热通量。结果表明:廓线法与波文比能量平衡法计算的芦苇湿地生态系统水热通量与涡动相关法得到的芦苇湿地生态系统水热通量具有较好的相关性,但是涡动相关法存在能量不平衡。分析盘锦芦苇湿地生态系统水热通量的日变化发现,能量平衡各分量基本上以正午为中心,呈倒“U”型分布。用波文比法计算得到的芦苇湿地生态系统日感热通量最大值为164.25 W.m-2,日潜热通量最大值为294.18 W.m-2。降雨之后,芦苇湿地生态系统水热通量都有所增加,尤其是潜热通量增加显著,且峰值出现时间提前。     

1998年淮河试验加密观测期间大气可降水的估算及其特征分析

利用GMS-5卫星红外分裂宙通道和水汽通道资料反演晴空大气的可降水分布，同时利用探空站资料和地面站资料估算云天大气的可降水分布。将这两种方法进行融合，得到淮河流域能量与水分循环试验期间全天候的大气可降水分布。结果表明，这种新的融合技术可应用于确定大尺度或全球尺度的大气可降水分布图像。揭示了江淮流域1998年梅雨盛行期大气中的水汽主要来源于西南方向。充足的大气可降水是产生地面降水的必要条件，在某些动力条件的影响下，空中的大气可降水将部分地被转化为地面降水。给出了几种主要的降水类型，分析了相应的大气可降水条件及其特征，并剖析了产生降水的大气动力条件。结果显示，地面降水中心通常并非出现在大气可降水的高值中心区域而是产生在其下风方向的某一区域。     

1998年淮河试验加密观测期间大气可降水的估算及其特征分析(英)

利用GMS-5卫星红外分裂窗通道和水汽通道资料反演晴空大气的可降水分布,同时利用探空站资料和地面站资料估算云天大气的可降水分布。将这两种方法进行融合,得到淮河流域能量与水分循环试验期间全天候的大气可降水分布。结果表明,这种新的融合技术可应用于确定大尺度或全球尺度的大气可降水分布图像。揭示了江淮流域1998年梅雨盛行期大气中的水汽主要来源于西南方向。充足的大气可降水是产生地面降水的必要条件,在某些动力条件的影响下,空中的大气可降水将部分地被转化为地面降水。给出了几种主要的降水类型,分析了相应的大气可降水条件及其特征,并剖析了产生降水的大气动力条件。结果显示,地面降水中心通常并非出现在大气可降水的高值中心区域而是产生在其下风方向的某一区域。     

Contrasting characteristics of the surface energy balance between the urban and rural areas of Beijing

A direct comparison of urban and rural surface energy balances, as well as a variety of other variables including incoming shortwave/longwave radiation and aerosol optical depth, is conducted for the Beijing metropolitan area. The results indicate that, overall, the urban area receives a smaller amount of incoming shortwave radiation but a larger amount of incoming longwave radiation. However, comparisons in the aerosol optical depth and cloud fraction at the two locations suggest that neither aerosol optical depth nor cloud fraction alone can explain the difference in the incoming shortwave radiation. The urban–rural differences in the incoming longwave radiation are unlikely to be caused by the presence of more abundant greenhouse gases over the urban area, as suggested by some previous studies, given that water vapor is the most dominant greenhouse gas and precipitable water is found to be less in urban areas. The higher incoming longwave radiation observed over the urban area is mostly likely due to the higher temperatures of the ambient air. The urban area is also found to always produce higher sensible heat fluxes and lower latent heat fluxes in the growing season. Furthermore, the urban area is associated with a larger amount of available energy(the sum of sensible and latent heat fluxes) than the rural area, except in May and October when evapotranspiration in the rural area significantly exceeds that in the urban area. This study provides observational evidence of urban–rural contrasts in relevant energy-balance components that plausibly arise from urban–rural differences in atmospheric and land-surface conditions.     

应用城市地表能量平衡方案研究城市冠层结构对城市热岛的热力影响

用南京大学区域边界层模式NJU-RBLM, 通过对一组理想试验的模拟, 研究了TEB方案 (town energy balance) 和SVAT方案 (soil－vegetation－atmosphere transfer) 模拟城市热岛现象的差异及本质原因, 发现TEB方案对城市热岛 (UHI) 尤其是夜间UHI模拟效果更优, 这是由于TEB方案具备较强模拟城市储热项的能力形成的。此外, 深入探讨UHI对大气边界层热力结构的影响, 发现UHI现象使城市和郊区的近地层位温廓线在清晨和傍晚都存在明显差异, 同时使城市区域气温全天高于郊区, 且日间城乡温差能达到的高度明显高于夜间。分析人为热源和建筑物冠层对UHI的影响时发现: 人为热源对UHI的影响在夜间强于白天, 而建筑物对白天城市湍能的影响强于人为热源的作用。     

冬季高速公路路桥温度变化规律及能量平衡分析

利用2009年10月-2010年3月湖北省武英高速凤凰关水库自动气象站逐时路、桥面温度和常规气象资料,分析了冬季典型天空状况（晴空、阴天）和天气过程（雾、降雨、降雪）中气温、路面温度和桥面温度的变化规律。结果表明,夜间桥面温度与气温接近,比路面温度低2℃,桥面0℃以下的低温维持时间为路面维持时间的2倍左右。利用下垫面能量平衡模型,分别计算冬季夜间晴空和阴天时路、桥面辐射能量收支变化情况,分析了夜间路面和桥面温度变化差异的原因,并对桥面比路面更易结冰的现象给出了理论解释。     

大尺度土地利用变化对东亚地表能量、水分循环及气候影响的敏感性试验

利用NCAR大气环流模式CAM4.0,针对潜在植被和当代植被的分布情形进行了两组25 a的积分试验,探讨了土地利用变化对东亚地区地表能量平衡、水分循环和气候的可能影响.结果表明:以森林退化、农田迅速增加为主的当代土地利用变化,显著改变地表属性,使得东亚地区不同季节的地表反照率均明显增加,并显著改变东亚地区的冬、春季节的地表能量和水分循环.此外,当代大尺度土地利用变化对东亚地区大气环流也有一定影响,可引起东亚冬季风环流显著加强和东亚夏季较弱的偏南风异常.当代土地利用变化未能引起东亚地区近地面气温的显著变化,但可引起东亚北(南)部地区春季降水的显著增加(减小).