极端干旱区柽柳林地蒸散量及能量平衡分析

运用波文比-能量平衡法对极端干旱区柽柳林地的蒸散量及能量通量进行了连续的测定和估算,并对柽柳林地蒸散特点和能量平衡进行了分析和探讨。结果表明:柽柳林地的日平均蒸散量为1.6 mm/d,整个生长季的蒸散量为248.2 mm,蒸散量的季节变化系数为47%±3%。柽柳林地蒸散量的季节变化与土壤水分条件密切相关。柽柳林地蒸散量受气象因子和下垫面条件的影响和制约。在极端干旱区,感热通量消耗了绝大多数的能量,潜热通量在整个生长季只占很小的一部分,夜间,土壤储存的能量是大气能量的主要来源,而白天土壤是能量的主要汇源。     

土地覆被变化过程中叶面积指数与降水量对地表能量平衡的贡献——基于SiB2的模拟结果

土地覆被变化过程中,叶面积指数（LAI）是地表能量平衡重要的影响因素,且与降水等多种因素存在交互作用。以2003 年中国东北地区农田、森林和草地三种覆被类型和三种LAI月变化过程为研究对象,着重分离出土地覆被变化过程中LAI对地表能量平衡的作用,认清覆被和LAI 变化对地表能量平衡的相对作用。利用SiB2 模型研究不同降水条件下土地覆被和LAI 变化对地表能量平衡的影响。结果表明：① 覆被变化对净辐射的影响最大,年均14.5W·m^-2左右。② LAI 主要改变净辐射对潜热和显热的分配,对农田和草地而言,LAI 增加明显提高（减小）潜热（显热）分配比例;对森林而言,LAI对潜热和显热分配的影响较弱。③ 降水对净辐射的分配起重要作用,降水增加,潜热增加。④ 表层土壤水分受降水和LAI 调控,与潜热有相反的变化趋势。     

Estimation of ground heat flux and its impact on the surface energy budget for a semi-arid grassland

Three approaches, i.e., the harmonic analysis (HA) technique, the thermal diffusion equation and correction (TDEC) method, and the calorimetric method used to estimate ground heat flux, are evaluated by using observations from the Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University (SACOL) in July, 2008. The calorimetric method, which involves soil heat flux measurement with an HFP01SC self-calibrating heat flux plate buried at a depth of 5 cm and heat storage in the soil between the plate and the surface, is here called the ITHP approach. The results show good linear relationships between the soil heat fluxes measured with the HFP01SC heat flux plate and those calculated with the HA technique and the TDEC method, respectively, at a depth of 5 cm. The soil heat fluxes calculated with the latter two methods well follow the phase measured with the HFP01SC heat flux plate. The magnitudes of the soil heat flux calculated with the HA technique and the TDEC method are close to each other, and they are about 2 percent and 6 percent larger than the measured soil heat flux, respectively, which mainly occur during the nighttime. Moreover, the ground heat fluxes calculated with the TDEC method and the HA technique are highly correlated with each other (R² = 0.97), and their difference is only about 1 percent. The TDEC-calculated ground heat flux also has a good linear relationship with the ITHP-calculated ground heat flux (R² = 0.99), but their difference is larger (about 9 percent). Furthermore, compared to the HFP01SC direct measurements at a depth of 5 cm, the ground heat flux calculated with the HA technique, the TDEC method, and the ITHP approach can improve the surface energy budget closure by about 6 percent, 7 percent, and 6 percent at SACOL site, respectively. Therefore, the contribution of ground heat flux to the surface energy budget is very important for the semi-arid grassland over the Loess Plateau in China. Using turbulent heat fluxes with common corrections, soil heat storage between the surface and the heat flux plate can improve the surface energy budget closure by about 6 to 7 percent, resulting in a closure of 82 to 83 percent at the SACOL site.     

吉尔吉斯柯孜尔河上游河谷草场能量闭合分析

通过分析了2014 年8 月13~11 月12 号吉尔吉斯斯坦克孜尔苏山地生态观测站的湍流通量和有效能量的日、月变化特征,并且通过对能量平衡残差（D）以及能量平衡比率（EBR）两种主要方法,分析了该研究区域的能量闭合情况和月变化特征。结果表明：有效能量和湍流通量呈单峰模式的日变化特征,并且在观测期间随着月份的变化,有效能量和湍流通量的月平均值在显著减小;通过对研究区域的能量平衡分析,发现其能量不闭合的情况,并且有研究表明,土壤热通量计算不准确是主要的因素之一。通过对能量平衡残差（D）分析,得出这个观测期间基本上在8~16 点之间能量平衡残差大于零,大概在8 点和16 点的时候能量达到了平衡;用能量平衡比率（EBR）研究能量闭合情况得出,能量平衡比率8月份的0.75,9月份最小为0.7左右,10月份的为0.85。     

城市不同下垫面的能量平衡及温度差异模拟

城市能量平衡是研究城市热岛效应的物理基础。利用北京市教学植物园2010年的实测数据,设置不同类型下垫面(植被覆盖类型:林地、草地和不透水层覆盖类型:道路、房屋),利用局地尺度城市气象参数化方案模拟并分析了相同气象条件和净辐射通量输入下,不同类型下垫面的显热、潜热通量及蒸散降温效应的差异。结果显示:(1)不同类型下垫面的各能量支出项有明显差异,植被覆盖区域和不透水层覆盖区域的波文比年均值分别为0.28和4.60,且在植被生长季差异较大;(2)城市扩展过程中道路、房屋替换林地、草地的过程,也是显热增加而潜热减少的过程。植被层向不透水层转换的过程中,显热通量年均增加32.74W/m²,潜热通量减少38.87W/m²,储热通量增加7.95W/m²;(3)理论上,植被蒸散的年降温效应使单位面积植被覆盖区域的气温比不透水层区域可低2.63℃。     

三种高寒草甸植被分布及与湍流交换通量关系的比较

对海北定位站分布的金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、藏嵩草沼泽化草甸3种高寒植被类型群落结构、感热(H)和潜热(LE)通量比较观测表明,3种植被类型年地上净初级生产力表现出矮嵩草草甸(318.600g/m2)>藏嵩草沼泽化草甸(258.341g/m2)>金露梅灌丛草甸(217.695g/m2)。植物种类组成有矮嵩草草甸(54种)>金露梅灌丛草甸(47种)>沼泽草甸(24种)。3种植被类型区近地表大气能量交换过程中,LE和H的月际变化明显,而且随植被类型的不同月际变化差异显著。3种不同植被类型在年内均表现出H LE>0,表明在青海海北高寒草甸地区,太阳辐射强烈,近地层湍流输送明显,地表为一热源。3类型高寒草甸植被的年地上净生产量基本与波文比(β)呈现正效应,与LE H呈现明显的反效应。植物种类组成基本与LE H有反效应,与β呈明显的正效应。     

藏北羌塘高原双湖地表热源强度及地表水热平衡

青藏高原加热及地—气间物质能量交换对我国、东亚乃至全球的天气和气候系统都有着非常重要的作用,受客观条件限制,藏北羌塘高原腹地尚无系统的地—气相互作用过程观测。本文利用中国科学院羌塘双湖极端环境综合观测研究站2011年10月-2012年9月一年的自动气象站观测数据,分析了年内季节和日尺度下双湖地区地面加热场特征,探讨了地表能量平衡及水量平衡特征,结果表明：(1) 双湖地区年内地表热源强度基本为正,年平均热源强度为79.5 W/m²;然而地表热源强度呈现明显的季节和日变化规律,夏季热源强度大于冬季,白天热源强度大于夜间。夏季地表白天为强热源,夜间为弱热源,冬季地表白天为强热源,夜间为冷源。(2) 双湖地区地表能量分配季节变化明显,7、8月份地—气间主要以潜热交换为主,其他月份主要以感热方式进行热量交换,年平均上主要以感热交换为主,年均感热通量和潜热通量分别为55.4 W/m²和24.1 W/m²,波文比为2.3。(3) 双湖地区降水和蒸发皆主要集中在6-9月,年降雨量为332 mm,年蒸发量为312.9 mm,年水量差为19.1 mm,地表水量存在不平衡现象。(4) 双湖地区地表蒸发力很强,年潜在蒸发为1888.2 mm,年均湿润指数为0.17,属典型半干旱气候特征。     

天山北坡低山丘陵干草原生长季蒸散特征

基于HL20波文比系统获得了天山北坡低山丘陵干草原2013-2015年的能量、气象观测数据,采用波文比-能量平衡法对其生长季（4～10月）蒸散特征进行了分析。结果表明：（1）生长季蒸散日内变化总体呈现中午最高、早晚变小和夜间蒸散微弱的特征,阴雨天蒸散日内变化相对复杂,蒸散强度通常弱于晴天;2013-2015年生长季蒸散量平均值为353.2 mm,生长季蒸散量在不同年份、不同季节和不同月份差异较大;2013-2015年生长季凝结水占降水量的比例分别为9.7%,18.8%和16.8%,日均凝结水量分别为0.177 mm,0.179 mm和0.316 mm。（2）生长季潜热和感热占据了净辐射能的主体且总体上潜热小于感热,白天潜热最大值出现之前,潜热会出现短暂小幅降低的情况。生长季感热和潜热逐日对比变化与植被长势密切相关。（3）波文比在夜间波动较大,变化复杂,白天上午波文比从负值增大到<1的正值,再到>1的正值,中午波文比为>1的正值,20：00左右波文比值开始回落。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

青藏高原西部的地面热源强度及地面热量平衡

以1997年11月至1998年10月青藏高原西部改则和狮泉河地区自动气象站(AWS)连续观测的近地层梯度资料,采用廓线-通量法计算出观测期逐日的总体输送系数,进而用总体公式得出两站逐日的地面感热和潜热通量。结果表明:在此观测期内青藏高原西部不论冬夏地面皆为热源,地面热源强度具有明显的季节变化,两站地面热源强度的年平均值分别为82.5W/m²和68.2W/m²。结合辐射和土壤热通量观测资料揭示了两站的地面热量平衡状况,用地面热量平衡方程对以上结果进行了闭合误差检验。     

Edible biomass production from some important browse species in the Sahelian zone of West Africa

Acacia senegal, Guiera senegalensis and Pterocarpus lucens, browse species important in the Sahelian zone of Burkina Faso were studied by the estimation of their phenological variation over time and the evaluation of edible biomass production, total and accessible directly to animals. Biomass production was also estimated using dendrometric parameters. All the three species started the foliation phase as soon as the rains started. A. senegal and P. lucens flowered before G. senegalensis and A. senegal lost leaves earlier. The fruiting phase lasted 6–7 months for all species. Accessible edible biomass varied according to the animal species, the plant species and the height of plants. G. senegalensis showed the highest proportion of accessible biomass, but P. lucens had higher total edible biomass. Goats browsing at higher height had more edible biomass at their disposal. The accessible edible biomass was weakly correlated with tree parameters, while crown diameter was the best parameter to predict total edible biomass production, with R² varying from 90% (G. senegalensis) to 98% (P. lucens) in log₁₀ transformation of dependent and independent variables. The single species models developed could be applied in similar agro-ecological zones, taking into account the height stratification of plants. Further investigations on others species are needed to be able to estimate total biomass available for browsing.     

Monitoring thermal field,humidity field and energy balance over heterogeneous surfaces in the typical valley-city

Journal of Geographical Sciences - Land use and land cover (LULC) alteration has changed original energy balance and heat fluxes between land and atmosphere, and thus affects the structure...     

长江源区五道梁的土壤热状况研究

活动层土壤热状况是寒区陆面物理过程研究的重要内容之一。利用五道梁能量收支观测站1993年9月～2000年12月份实测辐射及土壤热通量资料结合五道梁气象站1961-2010时段的气象资料分析了近50 a来该地区活动层土壤的热状况。结果表明：五道梁地区土壤热通量有显著的年际、年代际变化;20世纪60～80年代,土壤热通量小于0.0 W/m²,活动层土壤以放热为主,自90年代以来,土壤热通量大于0.0 W/m²,活动层土壤以吸热为主。过去50 a中该地土壤热通量呈现增大趋势,平均每10 a土壤热通量增大0.31 W/m²。土壤热通量随净辐射的增大而增大。土壤热平衡系数的变化特点与土壤热通量的变化特点一致。60～80年代,活动层土壤热平衡系数<1,该地区冻土相对比较稳定,而自90年代以来此间土壤热平衡系数<1,表明该地多年冻土呈现出退化迹象。活动层土壤热平衡系数可表示为气温、地表温度及水汽压的函数。     

青藏高原北部五道梁地表热量平衡方程中各分量特征

利用青藏高原北部五道梁地区实测的太阳辐射及气象资料,计算分析了高原北部地面热量平衡方程中各分量特征,定义了一个无量纲参量土壤热平衡系数k。结果显示:五道梁地区地表净辐射及地面加热场强度表现为夏季大,冬季小,地表净辐射累年平均通量为65.5 W/m2;土壤热通量自1997年来有增大的趋势;土壤热平衡系数有增大的趋势,平均值为1.17;感热及潜热是地面热平衡方程中的大项,其中感热居首位,潜热居其次;暖季感热、潜热以相反的趋势变化,Bowen比β值有下降的趋势。     

应用遥感方法估算区域蒸散量的制约因子分析

遥感方法估算区域蒸散量应用比较广泛的有两种,一种是完全以地表热量平衡方程为基础．用遥感方法估算出净辐射、土壤热流量和显热通量,然后用余项法求出蒸散量;另一种是以Penman—Monteith方程为基础．结合地表热量平衡方程,直接估算出蒸散量。本文根据国内外的研究现状,对应用遥感方法估算区域蒸散量的制约因子进行了深入的分析,这些制约因子包括(1)图像信息源;(2)反照率、比辐射率和表面温度等地表参数的遥感反演精度;(3)空气动力学阻抗和表面阻抗模型;(4)估算结果的验证方法(5)时间尺度的扩展问题。分析结果表明：长期以来由于这些因子中所涉及到的许多关键技术和难点问题都没得到很好的解决,因而极大地制约着应用遥感方法估算区域蒸散量的发展。通过对制约因子的分析．可以有助于高精度遥感蒸散模型的建立。     

水平衡下黄淮海平原区耕地可持续生产能力测算

为缓解黄淮海平原区地下水水位的持续下降,国家提出耕地资源休养生息的战略,而实施耕地资源休养生息的关键,是确保水平衡下的耕地资源可持续生产能力。本文从可持续理论和水平衡的条件出发,将黄淮海划分成12个自然条件、社会经济条件相对均一的农业生态区,采用不同农业生态区代表实验站限水高产的产量和管理经验,以水定产并逐步修正,得到了黄淮海平原区耕地可持续生产能力,并与现实产量对比得到产量差。结果表明：① 水平衡条件下黄淮海平原区耕地的可持续粮食生产能力为1.16亿t/年;② 可持续总产产量差为-67.85万t/年,由于限水灌溉造成的粮食产能损失为小麦331.84万t/年,玉米不存在产能损失;③ 小麦主要压产地区为黑龙港地区、鲁西平原、豫东平原以及京津唐平原,而徐淮低平原、豫东平原以及胶西黄泛平原具有一定的提产潜力。通过测算,进一步认识了黄淮海平原区耕地可持续产能状况,为区域粮食生产的合理布局以及农业限水限产提供可靠依据。     

塔克拉玛干沙漠近地层湍流热通量计算方法比较研究

利用2007年8月3日至10月31日在塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站取得的大气边界层观测资料,比较了涡动相关法、波文比法和空气动力学法计算得到的湍流热通量,分析了塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量的日变化特征。结果表明：波文比法、空气动力学和涡动相关法计算得到的塔克拉玛干沙漠腹地湍流热通量日变化特征是一致的,整个观测期间,空气动力学方法和波文比法计算得出的湍流通量大于涡动相关法。它们的顺序分别为,波文比法计算得出的湍流热通量最大,空气动力学方法次之,涡动相关法最小;塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量基本上以12:00时为中心,呈对称分布。净辐射、土壤热通量、感热通量具有非常明显的日变化特征。净辐射日最高值324 W·m-2出现在当地时间11:30,最小值-85 W·m-2出现在当地时间18:30;土壤热通量在12:00左右达到日最高值143 W·m-2,而20:00时出现最小值-69 W·m-2;感热通量在13:30时左右达到最高值178 W·m-2,19:00时左右出现最小值-7 W·m-2;相对于上述3个能量平衡分量,潜热通量的日变化特征不太明显。每日12:30左右出现潜热通量的最大值43 W·m-2,06:00时出现日最低值－1 W·m-2。     

Impact of Grazing Exclusion on the Surface Heat Balance in North Tibet

The grazing exclusion program used by the Tibetan government to protect the ecological environment has changed the vegetation and impacted the surface heat balance in North Tibet. However, little information is available to describe the in?uences of the current grazing exclusion program on local surface heat balance. This study uses the records of fenced grassland patch locations to identify the impact of grazing exclusion on surface heat balance in North Tibet. The records of fenced grassland patch locations, including the longitude, latitude, and elevation of the vertices of each fenced patch (polygon shapes), were provided by the agriculture and animal husbandry bureaus of the counties where the patches were located. ArcGIS 10.2 was used to create polygon shapes based on patch location records. Based on satellite data and the surface heat balance system determined by the model, values for changes in land surface temperature (LST), albedo and evapotranspiration (ET) induced by grazing exclusion were obtained. All of these can influence surface heat balance and alter the fluctuation of LST in the northern Tibetan Plateau. The LST trends for day and night showed an asymmetric diurnal variation, with a larger magnitude of warming in the day than cooling at night. The maximum decrease in absorbed shortwave of LST (-0.5 - -0.4 ℃ per decade) occurred in the central region, while the minimum decrease (-0.2 - -0.1 ℃ per decade) occurred in the eastern region. The decreased latent heat lead to the LST increased maximum (>1 ℃ per decade) occurred in the central region, The eastern region increased at a rate of 0.2-0.5 ℃ per decade, while the minimum increase (0-0.1 ℃ per decade) occurred in the northwestern region.     

基于LUCC1999-2014年新疆碳氧平衡估算

近年来新疆经济发展迅速,区域生态系统碳氧循环负荷加大,粗放的经济发展形势下生态系统碳氧平衡状态发生变化,生态环境质量出现下滑。本文利用土地变更数据和统计年鉴数据,结合相关研究的成熟模型,对新疆1999-2014年碳氧平衡状态进行估算与分析。结果表明：（1）土地变更中耕地、林地与牧草地面积变动对整体土地格局具有更强影响力,除牧草地外,各土地类型面积逐年稳定增加,其中园地与交通用地变化幅度较大。（2）新疆地区截止2014年末净CO₂排放量占总固定量的36.04%。（3）截止2014年末净O₂消耗量占总释放量的32.06%,自2003年以来氧消耗量已大于释放量,碳循环自1999年以来一直处于不平衡状态。（4）生态补偿机制表现出积极作用,CO₂固定量增长4.56%,O₂释放量增长13.81%。目前,新疆碳氧循环系统已处不平衡状态,虽然目前产生的负面影响仍很微弱,但长期以往势必对该区生态系统稳定造成不良影响,值得对其展开长期的连续观测。