丘陵区土壤热通量遥感估算模型适应性分析

利用具有丘陵区典型特征的四川省乐至县气象站的土壤热通量和净辐射观测数据,分析了二者的变化特征,并验证了土壤热通量遥感估算模型的适用性。分析结果表明：晴空土壤热通量G与净辐射Rn存在明显日变化,最大值出现13时左右;其比值G／Rn受土壤湿润程度和地表覆盖的影响,地表湿润、覆盖率高,比值小。在干旱时,瞬时比值可高达0．7,而湿润情况,可低至0．05。对目前广泛使用的G／Rn卫星遥感模型估算结果与实测值的对比分析表明,不同的G／Rn卫星遥感估算模型估算结果存在明显的差异,仅依靠植被指数的模型不适合南方丘陵区。本研究认为Bastiaanssen等的模型较适合丘陵区的土壤热通量遥感估算模型。     

不同土壤类型的热通量变化特征

利用2004—2007年中国科学院中国生态系统研究网络(CERN)生态站实测土壤热通量、辐射等资料,分析了不同土壤类型表层热通量的日变化和季节变化,以及不同土壤类型的热通量与总辐射、净辐射的关系。结果表明,由于导热率越大,热量传输就越快;热容量越小,热量传输也越快,造成土壤热通量的日较差和年较差较大,所以黄绵土和紫色土的表层热通量日较差最大(220～280 W.m-2),高寒草甸土和水稻土最小(55W.m-2);季节变化中土壤表层热通量的年较差变化范围在12～28W.m-2之间,灰漠土最大,为28W.m-2,热通量年较差从大到小依次为灰漠土、黄绵土、盐碱潮土、红壤土、紫色土、沼泽土、水稻土和高寒潮土,高寒潮土最小,为12W.m-2。不同土壤类型的热通量与总辐射、净辐射呈正相关关系,但不同土壤类型的土壤热通量在12:00(地方时)所占净辐射的比例各不相同,高寒草甸土最小,约为8%;黄绵土最大,为38%,多数土壤的热通量占净辐射的比例在15%～20%之间,这充分表明不同土壤类型表层热通量的传输存在很大差异。     

张掖戈壁地区土壤热通量特征分析

土壤热通量在地表能量交换中扮演着重要角色,干旱半干旱区土壤热通量更加重要。利用张掖国家气候观象台的土壤热通量观测资料,分析了不同天气状况下戈壁土壤热通量的日变化特征及其与辐射通量的关系。结果表明:晴天大气向土壤传递热量,阴天和雨天土壤释放的热量大于获得的热量。另外还分析了土壤热通量季节和年变化特征。在秋冬季节,土壤热通量基本处于负值而春夏则刚好相反。     

土壤传导—对流热通量计算的初步结果

本文利用气象站的地温资料，设计了一种同时考虑传导，对流两种传热方式时的土壤热通量计算方法，计算了土壤中的传导热通量，对流热通量及总热通量。发现对流热通量与传导热通量具有同样的量级，均为１０＾１－１０＾２ｍＷ／ｍ＾２。另外还初步分析了三种热通量结果与地震的关系，单站热通量序列表明地震前地热能量是持续累积的。     

中国土壤热通量的气候计算及其分布特征

根据北京等6个热平衡站的资料，通过5种方案计算比较得出土壤热通量Qs动的气候计算方法Qs＝2．826·△θs-20＋0．486·△T－0．777这里△θs-20、△T分别为土中5与20厘米温差和地一气温差．该式相关比为0．897，平均拟合误差1．4wm-2。据此计算全国215站的土中热交换量，并分析其时空变化，得出一些有意义的结果。     

土壤热通量切变与转折性天气

本文对地中温度非规律变化的天气指示意义作了初步探讨，通过预报试验及资料反查，确认其指示意义是明显的。     

塔克拉玛干沙漠不同区域土壤热通量变化比较

选取塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区和北缘过渡带肖塘地区2013年土壤热通量观测资料,初步比较分析了塔克拉玛干沙漠两种下垫面的土壤热通量变化特征。结果表明：(1)在日变化尺度上,两个站点都有明显的日变化特征,1月份塔中站土壤热通量日平均变化幅度小于肖塘站,日较差分别为58.9 W.m2和72.4 W.m2,4月份两站土壤热通量变化幅度较为接近,日较差分别为88.1W.m2、100.1 W.m2。7、10月份塔中站土壤热通量变化幅度明显高于肖塘站,日较差分别为99.0 W.m2、53.7W.m2,100.3 W.m2、73.3W.m2。(2)不同天气条件下两个站点土壤热通量变化都有很大差异。晴天,塔中站和肖塘站土壤热通量变化都呈现出单峰型,变化幅度较一致,日较差分别为119.7 W.m2、119.1 W.m2。沙尘天和雨天受云层或降水的影响土壤热通量变化波动较大,沙尘天塔中站变化幅度小于肖塘站,日较差分别为83.6 W.m2、133.1 W.m2;雨天塔中站和肖塘站变化幅度都很剧烈,日较差分别为70.6 W.m2、66.6 W.m2。(3)年变化尺度上,塔中站土壤热通量在7月份达到最大值(7.7 W.m2),在11月出现最小值(-5.3 W.m2),肖塘站7月份出现最大值(4.2 W.m2),11月份出现最小值(-10.2 W.m2)。塔中站和肖塘站土壤热通量年总量差异很大,塔中站为16.8 W.m2,能量由大气向土壤传递,土壤为热汇,而肖塘站则为-34.9 W.m2,能量由土壤向大气传播,土壤表现为热源。     

半干旱草地地表土壤热通量的计算及其对能量平衡的影响

利用2008年7月兰州大学半干旱气候与环境观测(SACOL)站的观测资料,对比分析了地表土壤热通量的三种计算方法,即谐波法、温度预报校正法(TDEC法)以及结合自校正热通量板(HFP01SC)测量的温度积分法(ITHP法);进而分析了三种不同方法的计算结果对地表能量平衡的影响。比较5cm深度处谐波法和TDEC法的计算结果与HFP01SC的实测结果,三者的相位基本一致,相互之间均具有很好的线性关系;谐波法与TDEC法的计算值较为接近,但分别比HFP01SC的实测值偏大了2%和6%(主要发生在夜间)。对于地表的土壤热通量(G0),谐波法与TDEC法两者的计算结果仅偏差约1%;TDEC法与ITHP法的计算结果之间也具有很好的线性关系(R2=0.99),但偏差达到9%左右。相对于HFP01SC的实测结果,由谐波法和TDEC法计算的G0可将SACOL站的地表能量闭合率分别提高6%和7%左右;利用温度积分法将HFP01SC的实测结果校正到地表后,地表能量闭合率也提高了约6%。因此,在对涡动相关通量做了常规订正的情况下,当充分考虑了土壤热存储后,SACOL站的地表能量闭合率可提高6%～7%,达到82%～83%左右。     

土壤传导－对流热通量计算的初步结果

本文利用气象站的地温资料，设计了一种同时考虑传导、对流两种传热方式时的土壤热通量计算方法，计算了土壤中的传导热通量、对流热通量及总热通量。发现对流热通量与传导热通量具有同样的量级，均为１０１—１０２ｍＷ／ｍ２。另外还初步分析了三种热通量结果与地震的关系，单站热通量序列表明地震前地热能量是持续累积的。     

土壤热传导方程解析解和那曲地区土壤热扩散率研究

文中用Laplace变换推导了土壤热传导方程的解析解和包含热对流项的土壤热传导方程的解析解。用青藏高原 8个土壤湿度、温度廓线观测站 1998年 9月 4日到 10日实测资料基础上 ,根据谐波方法和Laplace变换方法得到了土壤热传导方程的解析解 ,计算了这些站的总体土壤热扩散率 ;用包含热对流项的土壤热传导方程的解析解计算了土壤热扩散率。结果表明 :对于一个深度从 0 .0 4～ 0 .2 0m的浅薄土壤层 ,总体土壤热扩散率的值为 0 .30×10 -6～ 0 .98× 10 -6m2 /s,土壤热扩散率的值为 0 .15× 10 -6～ 0 .72× 10 -6m2 /s。由谐波方法得到的总体土壤热扩散率比由Laplace变换的值稍大 ;总体土壤热扩散率总是比土壤热扩散率大     

农田近地面层CO2和湍流通量特征研究

利用１９８５年５月至６月在北京郊区中国科学院农业生态试验研究站的麦田中实测的小麦不同生长期的ＣＯ２浓度梯度、光合有效辐射、净辐射、土壤热通量和温度、湿度及风速梯度等量的数据，采用空气动力学方法，计算了ＣＯ２通量、感热通量、潜热通量和动量通量。并对观测场地、仪器设备、校准方法及误差分析进行了描述。结果表明：从５月１４日到６月１５日，在１ｍ，２ｍ和１０ｍ处，ＣＯ２浓度振幅的日变化分别为１０３．４到２７．５，８７．５到２７．３和６９．８到１１．５ｐｐｍ；光合型和呼吸型的平均ＣＯ２浓度分别为３４５．３，３５０．６，３５７．５ｐｐｍ和３７３．９，３６９．７，３６２．１ｐｐｍ。在白天，ＣＯ２通量和梯度的输送方向是从大气向植被，在中午（１１时到１３时）输送达到负的最大值。在夜间，ＣＯ２通量和梯度输送的方向与白天相反，并且，在早晨（４时到６时）达到正的最大值。ＣＯ２通量与净辐射（Ｒｎ）、可利用能（Ｈ＋ＬＥ）、光合有效辐射和动量通量之间有较好的相关关系     

CONCENTRATION AND FLUX OF CO_2, TURBULENCE FLUXES AND RADIATION BALANCE IN THE NEAR SURFACE LAYER OVER WHEAT FIELD

The gradient of CO_2 concentration, photosynthetically active radiation (PAR). net radiation.soil heat flux, profiles of wind speed, and air temperature and humidity were measured above awheat field during May and June 1985 at Beijing Agro-Ecosystems Experimental Station. Beijing,China. Fluxes of carbon dioxide, sensible heat, latent heat and momentum were calculated byusing the aerodynamic method. The observation site. equipment, calibration techniques, theerrors associated with the measurement, and the computational procedures are described. Theresults show that the diurnal variations of amplitude of CO_2 concentrations were 103.8 to 27. 0. 86.3 to 22.8 and 69.8 to 11.6 ppm: the average CO_2 concentrations were 331.5. 339.9 and 364.6 ppmfor the photosynthesis type, and 369.6. 364.0 and 375.2 ppm for the respiration type at 1. 2 and10 m above surface, respectively, from May 14 to June 15. In the daytime, transfer direction ofthe CO_2 fluxes and gradients is from air to crop canopy, and at noon (1100 to 1300 BT (BeijingTime)) the transfer rate reaches negative maximum value. At night, transfer of CO_2 fluxes andgradients is in the reversed direction and reaches positive maximum in the early morning (0400 to0600 BT). There are strong negative correlations between CO_2 flux and the net radiation (Rn),available energy (H LE). photosynthetically active radiation (PAR) and momentum flux (τ).     

近山盆地湍流通量的研究及热通量几种计算方法的比较

利用山西省神头１９８８年９－１０月间采集的大气野外测试资料，计算了摩擦速度，特征温度，湍流动量通量。用两种不同的方法计算了湍流热通量。并按稳定度进行了分类统计和做了采样各天的热通量日变化分析。     

PARAMETERIZATION OF SOLAR RADIATIVE FLUX CALCULATION IN THE ATMOSPHERE

Based on the two-stream approximation a broad-band parameterization scheme for solar radiative flux calculationis presented.The whole solar spectral region from 0.2 to 3.58 μm is divided into three broad spectral intervals.The effec-tive broad-band optical depths and single scattering albedos in the atmosphere in each spectral interval can be obtainedusing parameterized formulae from known atmospheric parameters.The overlapping scattering and/or absorption ef-fects of two atmospheric constituents are considered properly.In the consideration of radiative effect of clouds in theatmosphere the single scattering albedos and backscattering parameters of clouds in each broad spectral interval are giv-en preliminarily and the cloud optical depths are determined according to the cloud liquid water content.     

通量-方差法估算沿海近地面层的湍流通量分析

利用通量-方差法,通过确定速度和温度归一化标准差与稳定度之间的变化关系,估算出东南沿海地区的湍流动量通量和感热通量。我们发现在中性条件下 并不像Tillman等认为是常数,而是随稳定度参数按指数形式变化。与涡动协方差相关测量系统测量结果进行比较发现,通量-方差方法估算结果与测量值两者符合得较好,相关性高,动量通量的相关系数为0.87,而感热通量的为0.95。利用该方法估算沿海近地面层的湍流通量具有一定的代表性。     

CONCENTRATION AND FLUX OF CO2, TURBULENCE FLUXES AND RADIATION BALANCE IN THE NEAR SURFACE LAYER OVER WHEAT FIELD

The gradient of CO₂ concentration, photosynthetically active radiation(PAR). net radiation.soil heat flux, profiles of wind speed, and air temperature and humidity were measured above a wheat field during May and June 1985 at Beijing Agro-Ecosystems Experimental Station. Beijing,China. Fluxes of carbon dioxide, sensible heat, latent heat and momentum were calculated by using the aerodynamic method. The observation site. equipment, calibration techniques, the errors associated with the measurement, and the computational procedures are described. The results show that the diurnal variations of amplitude of CO₂ concentrations were 103.8 to 27. 0.86. 3 to 22.8 and 69.8 to 11.6 ppm:the average CO₂ concentrations were 331.5. 339.9 and 364.6 ppm for the photosynthesis type, and 369.6. 364.0 and 375.2 ppm for the respiration type at 1. 2 and 10 m above surface, respectively, from May 14 to June 15. In the daytime, transfer direction of the CO₂ fluxes and gradients is from air to crop canopy, and at noon(1100 to 1300 BT(Beijing Time)) the transfer rate reaches negative maximum value. At night, transfer of CO₂ fluxes and gradients is in the reversed direction and reaches positive maximum in the early morning(0400 to 0600 BT). There are strong negative correlations between CO₂ flux and the net radiation(R_n),available energy(H+LE). photosynthetically active radiation(PAR) and momentum flux(τ).     

作物冠层气孔阻力与土壤水势关系的研究

利用棉花观测资料分析了气孔阻力与土壤水势的关系，并根据气孔阻力在冠层内的垂直变化，建立棉花冠层内气孔阻力的一元回归方程。由此初步解决了花铃期棉花冠层中气孔阻力的计算问题，而且对于监测棉田土壤水分动态、调节灌溉、进而采限措施减少蕾铃脱落有重要意义。