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。     

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%。     

西北干旱区地表辐射特性的初步研究

利用2000年5－6月敦煌（戈壁）陆面过程野外观测实验加强期的地表辐射观测资料以及HEIFE中绿洲（张掖）和沙漠两站1991年同期的地表辐射观测资料，分析了三种不同下垫面晴天地表辐射各分量的日变化特征。结果表明：绿洲地区和沙漠区总辐射略高于敦煌戈壁区；地表反射率沙漠区和敦煌区明显高于绿洲区，地面有效辐射戈壁区最大，张掖绿洲区最小，地表净辐射张掖绿洲区明显大于沙漠和戈壁区。     

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.     

新疆昌吉绿洲地表辐射收支特征

利用新疆昌吉佃坝绿洲区陆气相互作用观测站2020年3—11月的地表辐射观测数据和同期的天气现象观测记录数据,定量分析昌吉绿洲区不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征。结果表明：（1）辐射分量日均值和日峰值时间有季节性差异,特殊天气现象对辐射通量有影响。(2) 地表辐射月曝辐量随季节变化显著。(3) 地表反照率月平均日变化季节性明显,晴天时地表反照率呈平滑的“U形”曲线,非晴天时曲线变化皆不规则、不平滑。(4)不同天气下辐射分量有独特日变化特征,轻雾、雨天、大风、扬沙、多云天等典型天气会给辐射分量带来不同程度的衰减,雨天、大风和多云天气衰减最为明显。     

HEIFE绿洲区太阳总辐射和地表反射率的分光谱特征

太阳辐射的分光测量在许多研究和应用领域中都具有十分重要的意义．本文利用HEIFE临泽子站进行的太阳总辐射和反射辐射的分光观测资料，研究了黑河绿洲区太阳总辐射和地表反射率的光谱特征．研究结果表明：在太阳总辐射的光谱能量分布中，紫外和可见光部分的比倒偏小，近红外部分则偏太．在其从冬到夏的季节变化中紫外和可见光部分是由小到大，近红外部分剐是由大到小。在其日变化中0．5μm以下波段是中午大早晚小；0．7μm以上波段是中午小，早晚大；0．5-0．7μm波段的日变化不明显。紫外波段的相对日变化幅度最大．地表反射率的光谱特性有明显的季节变化，变化特征与地表植被状况有关．各波段地表反射率的日变化型有一定的季节差异，其中波长小于0．7μm部分较为明显，并与地表植被状况有关．在裸露地表各波段反射率与太阳高度角的关系中，近红外波段随太阳高度角增加而增大，紫外和可见光波段则随太阳高度角增大而减小．全波段反射率随太阳高度角增大而增大主要是近红外波段的贡献．这是裸露地表光谱反射率的重要特征之一。     

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。     

额济纳绿洲夏末典型晴天小气候特征分析

绿洲系统特有的地理地貌形成了绿洲特殊的小气候特征。利用额济纳绿洲2003年9月8～10日小气候观测资料，分析了绿洲柽柳林的小气候特征。在柽柳林内，地表和近地层大气温度有明显的日变化，日间地表给大气加热，大气温度呈超绝热递减率随高度递减；夜间大气给地表加热，大气为稳定层结。近地层空气湿度的日变化与温度相反。林内空气温度的垂直分布主要取决于冠层与地表吸收太阳辐射状况。在林冠顶层，白天以上升气流为主，夜间以下沉气流为主，绿洲荒漠环流效应已经不明显。绿洲上空大气浑浊度小，对太阳辐射的削减较少，绿洲具有很好的光资源背景。     

黄土高原陆-气相互作用预试验及其晴天地表能量特征分析

详细介绍了在2004年8月24日～9月11日在甘肃平凉进行的陆-气相互作用野外预试验,对观测仪器进行了对比和标定,并利用观测资料,初步分析了黄土高原塬上裸地、塬上和塬下玉米地的地表净辐射各分量、感热、潜热和地热流的特征。由于作物（玉米）的存在,降低了地表反射率,使白天地面向上短波减少,同时向上长波也减少,增大了地表净辐射,地表潜热明显增大,玉米地白天向下的地热流和夜晚向上的地热流都比裸地小。与塬上相比,塬下玉米地的向下短波略小,向上短波明显偏小,向上长波基本一致;净辐射只在中午附近略小,地热流上午偏小,下午偏大,夜晚基本一致;感热和潜热在白天基本一致;塬下玉米地在凌晨明显存在负感热通量。     

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。     

藏北高原地面辐射收支的初步分析

利用“全球能量与水循环亚洲季风之青藏高原试验”GAME／Tibet(GEWEX Asian Monsoon Experiment in the Tibetan Plateau)1998年加强期(IOP)观测资料,分析研究了藏北高原地区草甸下垫面在季风前、季风中、季风后的太阳短波向下辐射、大气长波向下辐射、地面长波向上辐射、地面短波向上辐射、净辐射及地表反射率等特征,得到了藏北高原地区草甸下垫面辐射特征的新认识。     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

1960-2005年京津冀地区地表太阳辐射变化及成因分析

利用1960—2005年京津冀地区的地面太阳辐射资料,综合分析了该地区45年太阳辐射的分布状况和变化趋势,并结合云量、降水量、气溶胶光学厚度和大气含水量,分析了该地区太阳辐射的变化原因。结果表明:(1)京津冀地区的太阳辐射并没有出现20世纪80年代末到90年代中期的"变亮"现象;同期冬、春季总辐射下降,夏、秋季上升;(2)在1985—1997年间,依据总辐射变化情况,京津冀地区被分为截然相反的两个区域:东部地区总辐射增加,倾向率为1.016 MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;西部地区总辐射减少,倾向率为10.092MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;(3)总辐射增加的区域,主要是由于云量减少、降水量减少所伴随的日照时数增加以及气溶胶光学厚度降低所造成的;(4)总辐射减少的区域,云量、气溶胶光学厚度和降水量变化并不显著,总辐射持续减少。     

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。     

夏季敦煌稀疏植被下垫面物质和能量交换的观测研究

利用2009年夏季敦煌地区加强期观测资料,分析了稀疏植被下垫面CO2、水汽的通量输送规律和地表辐射、能量平衡等微气象的变化特征。结果表明,敦煌地区夏季CO2、水汽通量有明显的日变化,其平均通量分别为-0.023mg.m-2.s-1和2.90mg.m-2.s-1;地表平均反照率为0.24,低于绿洲内部;感热是该地区地表热量流失的主要形式,潜热和土壤热通量相对较小,平均波文比为3.08;观测中也发现了有较大的能量不平衡现象,利用试验资料估算了土壤容积热容量,并在能量平衡方程中加入了土壤热储量,提高了能量平衡度。     

青藏高原东部冬季小气候特征及地表辐射特征分析

利用玛曲地气相互作用试验2005年11月25日至2006年1月15日梯度站的观测资料,分析研究了青藏高原东部玛曲地区冬季小气候特征和地表辐射特征。结果表明,冬季玛曲地区存在较明显的局地环流,夜间有辐射逆温和逆湿现象存在。辐射各分量均小于青藏高原北部的观测值,晴天条件下太阳短波向下辐射和地面短波向上辐射均有明显的日变化规律。     

Subfilter-scale Fluxes over a Surface Roughness Transition. Part I: Measured Fluxes and Energy Transfer Rates

A wind-tunnel experiment was designed and carried out to study the effect of a surface roughness transition on subfilter-scale (SFS) physics in a turbulent boundary layer. Specifically, subfilter-scale stresses are evaluated that require parameterizations and are key to improving the accuracy of large-eddy simulations of the atmospheric boundary layer. The surface transition considered in this study consists of a sharp change from a rough, wire-mesh covered surface to a smooth surface. The resulting magnitude jump in aerodynamic roughnesses, M = ln(z ₀₁/z ₀₂), where z ₀₁ and z ₀₂ are the upwind and downwind aerodynamic surface roughnesses respectively, is similar to that of past experimental studies in the atmospheric boundary layer. The two-dimensional velocity fields used in this study are measured using particle image velocimetry and are acquired at several positions downwind of the roughness transition as well as over a homogeneous smooth surface. Results show that the SFS stress, resolved strain rate and SFS transfer rate of resolved kinetic energy are dependent on the position within the boundary layer relative to the surface roughness transition. A mismatch is found in the downwind trend of the SFS stress and resolved strain rate with distance from the transition. This difference of behaviour may not be captured by some eddy-viscosity type models that parameterize the SFS stress tensor as proportional to the resolved strain rate tensor. These results can be used as a benchmark to test the ability of existing and new SFS models to capture the spatial variability SFS physics associated with surface roughness heterogeneities.     

All-Sky Surface Radiation and Clear-Sky Surface Energy Budgets: Summer to Freeze-Up in the Western Maritime Arctic

The 2009 ArcticNet expedition was a field campaign in the Amundsen Gulf–eastern Beaufort Sea region from mid-July to the beginning of November aboard the CCGS Amundsen that provided an opportunity to describe the all-sky surface radiation and the clear-sky surface energy budgets from summer to freeze-up in the data sparse western maritime Arctic. Because the fractional area of open water was generally larger than the fractional area of ice floes, the net radiation at the water surface controlled the radiation budget. Because the water albedo is much less than the albedo of the ice floes, the extent and duration of open water in summer is an important albedo feedback mechanism. From summer to freeze-up, the net all-sky shortwave radiation declined steadily as the solar angle lowered, while coincidently the net all-sky longwave radiation became increasingly negative. The all-sky net surface radiation switched from positive in summer to negative during the freeze-up period. From summer to freeze-up, both upward and downward turbulent heat fluxes occurred. In summer, a positive surface energy budget residual contributed to the melting of ice floes and/or to the warming of the Arctic Ocean's mixed layer. During the freeze-up period, with temperatures below approximately ?5°C, the residuals were mainly negative suggesting that heat loss from the ocean's mixed layer and heat released by the phase change of water were significant components of the energy budget's residual.