多年冻土区与季节冻土区地表反照率对比观测研究

利用多年冻土区唐古拉气象站与季节冻土区那曲毕节气象站2008年辐射、土壤未冻水含量及积雪等数据,对两种冻土类型下垫面上的地表反照率进行分析研究,得出两站地表反照率均呈现冬春季较大,夏秋季较小的规律,并且,积雪使地表反照率形成极大值,最大极值接近0.9。唐古拉站的地表反照率整体上比毕节站大,年平均地表反照率分别为0.38和0.31。地表反照率月较差(每月日平均地表反照率最大值与最小值的差值)冬季毕节站高于唐古拉站,而夏秋季节则相反。晴天,两站地表反照率均呈现"U"形,表现出早晚大、中午小,春、夏、秋、冬各季节典型晴天的地表反照率日平均值唐古拉站分别为0.23、0.20、0.20和0.25,毕节站为0.26、0.21、0.22和0.29。此外,讨论了两站太阳高度角和土壤湿度对地表反照率的影响,得出两站地表反照率随太阳高度角的增大均呈现e指数衰减趋势,土壤湿度与地表反照率呈负相关关系,且降雨对地表反照率的变化影响较大。     

西北干旱区不同下垫面反照率随太阳高度角变化的参数化方案

利用古浪非均匀近地层观测试验中仪器平行对比观测试验数据,首先详细地分析了三套不同型号辐射仪器(CNR4,KippZonen;PSP,Eppley;MS102,EKO)在荒漠均匀下垫面彼此之间观测辐射的差异;然后结合基本观测试验中西沙漠、东沙漠和农田站的晴天观测资料,基于乘法和加法关系分离影响因子的方法发展了干旱区不同下垫面反照率随太阳高度角变化的参数化方案,并检验了两种分离方法的普适性;最后对所发展的参数化方案与已有参数化方案在西沙漠、东沙漠及农田下垫面进行了对比。结果表明:(1)CNR4与PSP和MS102观测辐射数据相关系数在0.96以上,彼此之间观测短波辐射差异在6%以内,长波辐射差异在2%以内,净辐射差异在10%以内;CNR4与PSP观测值较接近,差异在5%以内,而CNR4与MS102观测值相差较大,差异在10%以内。(2)乘法关系分离影响因子方法的普适性较好。(3)与已有参数化方案相比,本文所发展的参数化方案能更加合理地刻画干旱区不同下垫面反照率随太阳高度角的日变化关系。     

青藏高原积雪的分布特征及其对地面反照率的影响

通过对１９８３年７月至１９９０年６月青藏高原主体５８个格点积雪资料进行ＥＯＦ分析发现，青藏高原主体积雪分布以西部兴都库什山脉。天山山脉以及南部喜马拉雅山脉为主；高原中部唐古拉山脉、北部昆仑山脉和东部巴颜喀拉山脉的积雪相对较少，青藏高原西部、南部的积雪变化与中部、北部和东部的积雪变化趋势存在反位相关系。另外，本文还对积雪对高原地面反照率的影响作了简单分析。     

黑河实验区若干下垫面总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系

本文利用1991年“黑河实验”期张掖，化音，沙漠站1月、4月、8月、10月太阳辐射观测资料，分析了晴天总辐射、地表反射率与太阳高度角的关系，得到了不同下垫面、不同季节的地表反射率与太阳高度角的函数关系及各站晴天总辐射与太阳高度角的函数关系的拟合公式，并讨论了这种关系在利用卫星观测资料反演地表反射率中的应用．     

敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率参数化研究

利用敦煌站观测资料,选取其中观测资料完整且连续性好的7个年份每年5～10月的地表净辐射四分量和土壤湿度资料,分析研究了敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率与太阳高度角和表层土壤含水量之间的关系,结果表明:地表反照率与太阳高度角呈e指数关系,随太阳高度角的增大而减小,当太阳高度角大于40°时,地表反照率趋于稳定。表层土壤含水量的增大可导致地表反照率的减小,地表反照率与5 cm深土壤湿度呈线性关系。另外,建立了敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率与太阳高度角和表层土壤含水量之间的双因子参数化公式,提出了一种更加适合该地区的地表反照率参数方案,并且选取2002年6～9月的实测资料对拟合的参数化公式进行模拟验证。本文所提出的地表反照率参数化方案能够很好地再现该地区裸土地表反照率的“U”型日变化特征,可准确地模拟出地表反照率的动态变化趋势。基于此参数化方案计算得到的地表反射辐射与实测值基本一致。     

城市下垫面反照率变化对北京市热岛过程的影响——个例分析

随着城市的不断发展,城区地表反照率等下垫面物理特征和属性会发生明显的变化,进而会对城市热岛等大气环境形成影响.文中使用中国气象科学研究院开发的新一代数值天气预报模式(GRAPES),针对2004年10月北京一次重空气污染事件中的典型城市热岛过程,分别设计了两种数值试验方案(1) 对照试验,使用模式缺省的城区下垫面反照率参数,取值0.18;(2) 敏感性试验,参考同期中国科学院大气物理研究所铁塔280 m高度下垫面反照率观测事实,将北京区域城市类型下垫面反照率减小至0.15.通过对比两种试验方案在1 km水平分辨率下的24 h模拟结果,研究了城市下垫面反照率变化对北京地区城市热岛过程的影响.结果表明(1) GRAPES模式可成功模拟此次热岛过程中城区和郊区近地面温度的日变化趋势;(2)城市下垫面反照率的变化对城市热岛的发展非常重要,城市反照率下降0.03会使城市热岛强度增强0.8 ℃左右,结果也更接近实况.这说明随着城市发展引起的地表反照率减小有利于城市热岛强度增加;(3) 通过分析地表的长波辐射发现,在城市区域较小反照率情形下,城区的长波辐射始终比郊区大,有利于热岛的形成;同时也有利于城区近地层的风场辐合增加,对此次污染过程的发展是有利的.     

黑河中上游不同下垫面动量总体输送系数和地表粗糙度对比分析

利用廓线法计算了黑河中上游地区盈科农田站、冰沟稀疏草地站、阿柔牧场站和大冬树山垭口积雪观测站的总体输送系数和地表粗糙度。结果表明,地表粗糙度与植被覆盖度和高度以及下垫面的性质有关,夏季地表粗糙度大小是农田站最大,其次是牧场站和稀疏草地站,高寒草甸站最小。下垫面状况还影响动量总体输送系数对稳定度的依赖程度,地表粗糙度大的地区强于地表粗糙度小的地区。     

我国北方不同下垫面地表能量通量的变化特征

利用"中国干旱气象科学研究计划——我国北方干旱致灾过程及机理"的观测数据,分析塔中站、奈曼站、平凉站和锦州站2015年8—10月及定西站2016年8—10月地表能量通量变化特征。分析发现,不同下垫面辐射均表现出明显的日变化,相对于向下短波辐射和向下长波辐射,不同下垫面反射辐射和向上长波辐射差异更加明显。塔中站反射辐射和向上长波辐射最大,锦州站和平凉站相对较小。净辐射具有明显的日变化特征,和总辐射相位一致,农田净辐射日峰值相对较大。地表反照率3个月平均从大到小依次为塔中站(0. 27)、定西站(0. 19)、锦州站(0. 16)、奈曼站(0. 15)和平凉站(0. 14)。各站点感热通量和潜热通量均为单峰型,其中,奈曼站感热通量峰值最大(276 W·m~(-2)),平凉站潜热通量峰值最大。定西站和锦州站净辐射分配以感热通量为主,平凉站则以潜热通量为主。     

大棚小气候特征及其与大气候的关系

为了提高大棚揭闭膜气象服务的针对性,对武汉城郊冬春季棚内外气温、地温进行了逐时对比观测试验,利用相关分析及逐步回归分析方法,分3种天气类型对棚内气温、地温观测数据进行了计算分析.结果表明,在晴好天气下大棚、双层膜最高气温分别比棚外大气最高气温高20、24℃左右,夜间温度分别比棚外大气高0.8～3.5℃、3.5～6.5℃,棚内温度日较差在晴好天气下高达30～35℃,气温变化剧烈,一天内可能既要防范高温热害,又要防御低温危害.白天棚内气温与大气温度、太阳高度角关系密切,夜间气温以及10cm地温与大气温度相关显著,并由此建立了棚内气温、地温统计数学模型.利用该模型可以准确地推算或预测大棚内逐时气温、地温变化,为菜农提供大棚揭闭膜气象服务.     

积雪分布及其对中国气候影响的研究进展

对北半球不同地区的积雪分布状况、积雪异常影响中国气候的事实以及影响机理等问题的研究成果进行了较系统的回顾与总结。青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部是北半球积雪分布的关键区,其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。中国积雪分布范围广泛,其中新疆、东北和青藏高原是3个大值区。总体来看,北半球积雪有减少的趋势,而中国积雪却有弱的增加趋势。冬、春季高原积雪与欧亚积雪对中国夏季降水的影响是相反的。积雪影响中国气候的机理解释为：冬季积雪反照率效应起主要作用,春夏季积雪水文效应起主要作用。积雪被视为中国短期气候预测的一个重要物理因子,继续加强该领域的研究对于提高中国短期气候预测的准确率将有重要意义。     

半干旱区典型下垫面反照率特征的初步分析

利用2008-2009年7-9月中国半干旱区9个通量观测站的通量和常规气象数据结合同期MODIS的EVI植被覆盖数据,分析了不同下垫面反照率的月、季特征及其与降水之间的关系,系统地探讨了特殊天气条件下各类下垫面的反照率日变化特征。结果表明:(1)按照季平均反照率的大小,各类下垫面排序依次为荒漠草地高寒草甸退化草地农田;(2)除退化草地外,其余各类下垫面反照率的拟合结果均通过0.05显著性水平检验,高寒草甸的拟合好于荒漠草地、农林混交农田和东北农田,而荒漠草地和农林混交农田拟合效果相当;(3)在荒漠草地下垫面,夜雨不会对次日反照率的"U"型分布产生影响,存在潜热维持土壤湿度和感热加强蒸腾作用两种机制;(4)无雪盖高寒草甸的反照率主要受植被覆盖度和高原植被叶面特性的影响;退化草地下垫面在强降水日白天出现反照率"√"型分布,由于09:00(北京时,下同)-11:00云量偏多、反照率偏高,15:00-17:00太阳高度角对反照率增大作用强于土壤湿度的减小作用,反照率缓慢回升造成的。低矮作物农田在雨日15:00-17:00反照率的骤升是植被覆盖度和太阳高度角相互作用所致,受浅层土壤含水量的影响不大。     

南宁各种下垫面温度特征及预报方法探讨

介绍下垫面温度观测的原理,并用南宁2002年12月至2003年11月资料,分析了沥青、水泥、泥土温度的特征,包括这3种下垫面的日平均温度、日最高温度、日最低温度、温度日较差特征以及它们与气温的差值。指出气温是影响各种下垫面温度的最主要因素,云对下垫面日最高温度影响显著,大气环流变换对各种下垫面温度的波动有明显影响。对各种下垫面日最高温度的预报方法进行了初步探讨。建立了基于日最高气温预报之上的各种下垫面日最高温度预报模型,并对预报与实况值进行了对比分析,指出提高次日最高气温的预报准确率和预报是否出现阴天有中到大雨天气的预报准确率,可显著改善各种下垫面日最高温度的预报效果。     

不同下垫面的大气边界层湍流扩散特征

利用海洋、戈壁、城郊和城市4种不同下垫面上的湍流观测资料,运用多尺度湍流概念和方法计算分析了风速谱和扩散参数等湍流特征量。结果表明:下垫面的粗糙度对大气边界层湍流特征影响很大,随着粗糙度的增大,速度谱的峰值频率向高频方向移动,扩散参数增大。     

夏季不同下垫面气象要素的对比分析

对扎龙湿地生态气象站和齐齐哈尔自动气象站2004年6~8月的逐时气温、风速、相对湿度等观测资料进行统计分析,找出了不同下垫面的两站之间不同时次各气象要素的差异,指出两站风速、气温、露点温度、相对湿度、地面温度等的月平均值均存在差异,变化幅度及极值出现时间各有不同;下垫面差异只起到加强或缓和气象要素日变化幅度的作用。所得结果有助于深入了解扎龙湿地的天气变化规律,对未来扎龙湿地气象要素的精细预报以及湿地资源的开发、保护和管理有一定的参考意义。     

南宁市夏季不同下垫面温度特征分析与预报研究

对2000年至2002年4～9月南宁市下垫面表面温度观测资料的分析表明，下垫面温度明显高于百叶箱气温，尤其是日最高温度差异更大。而不同下垫面之间的温度变化，也有较大不同。下垫面温度的变化与其它气象因子密切相关。在上述分析的基础上，应用统计学方法建立了几种下垫面表面温度的预报方程。     

长江中上游区基于GIS的不同时间尺度降水插值方法探讨

为了获取长江中上游地区高分辨率的降水情况,本文以长江中上游及其周围地区共613个气象站点的降水资料为基本数据,利用分辨率为4 km的DEM(Digital elevation model),采用了较适合地理信息系统(GIS)的插值方法,分别对该区域1992—2001年间年、月及日平均等不同时间尺度降水量进行了分析。结果表明:逐步插值法得到的高分辨率降水空间分析效果较好,计算的精度较高。该方法提高了计算的准确性,体现了降水随地形的变化以及在空间分布上的不连续性,有效地解决了复杂地形条件下降水空间插值精度不高的问题,对于不同的时间尺度都有较好的适用性。     

Characteristics of Near Surface Winds over Different Underlying Surfaces in China: Implications for Wind Power Development

Accurate wind and turbulence information are essential to wind energy research and utilization, among which wind shear and turbulence intensity/scale have seldom been investigated. In this paper, the observational data from the100-m high wind towers in Xilinhot in Inner Mongolia(2009–10; grassland region), Huanghua in Hebei Province(2009–10; coastal flat region), and Xingzi County in Jiangxi Province(2010–11; mountain–lake region) are used to study the variations in near surface winds and turbulence characteristics related to the development of local wind energy over different underlying surfaces. The results indicate that(1) the percentage of the observed wind shear exponents exceeding 0.3 for the grassland region is 6%, while the percentage is 13% for the coastal flat region and 10%for the mountain–lake region. In other words, if the wind speed at 10 m is 10 ms^–1, the percentage of the wind speed at 100 m exceeding 20 ms^–1 for the grassland region is 6%, while the percentage is 13% for the coastal flat region and 10% for the mountain–lake region.(2) In terms of the turbulent intensity in the zonal, meridional, and vertical directions(I_u, I_v, and I_w, respectively), the frequencies of I_v/I_u < 0.8 in the grassland, coastal flat, and mountain–lake regions are 23%–29%, 32%–38%, and 30%–37%, respectively. Additionally, the frequencies of I_w/I_u < 0.5 in the grassland, coastal flat, and mountain–lake regions are 45%–75%, 52%–70%, and 43%–53%, respectively. The frequencies of I_v/I_u < 0.8 and Iw/I_u < 0.5 in each region mean that I_u is large and the air flow is unstable and fluctuating,which will damage the wind turbines. Therefore, these conditions do not meet the wind turbine design requirements,which must be considered separately.(3) At 50-and 70-m heights, the value of the turbulence scale parameter Λ in the grassland region is greater than that in the coastal flat region, and the latter is greater than that in the mountain–lake region. Therefore, under the same conditions, some parameters, e.g., the extreme directional change and extreme operating gust at the hub height in the grassland region, are greater than those in the coastal flat region,which are greater than those in the mountain–lake region. These results provide a reference for harnessing local wind energy resources and for the selection and design of wind turbines.     

自动观测在不同下垫面的温度观测差异

利用重庆市巴南区花溪城市站的多种下垫面(石板、水面、泥土、鹅卵石、草地、水泥、沥青等)及裸露空气(裸温)温度观测资料,分析了各下垫面温度及裸温的季、月、日变化特征和变化规律,结果如下:(1)各下垫面温度和裸温具有显著的季、月变化特征,夏季(尤其是7月)最高,春秋次之,冬季最低。各观测项之间温度的差异在夏季最为明显,冬季差异最小;(2)各下垫面温度和裸温日变化趋势与百叶箱气温基本一致。白天,水泥和沥青的温度值较高,日变化幅度最大,夜间水泥温度最高,草地温度最低;(3)无论是连晴高温天气还是连阴雨天气,水面温度的日变化幅度都最小,主要原因是各下垫面中水的热容量最大,水泥和沥青的热容量则相对较小,即在相同的太阳辐射条件下,水面温度变化最小,水泥和沥青温度则变化较大。连阴雨天气下,夜间各观测项之间差异相对明显,且夜间水泥温度一直处于较低位置,这是与连晴高温时的不同之处。     

不同地点不同下垫面的高温特征及预警信号发布

分析深圳标准站资料表明,近20年来每年高温日数峰值有明显增长趋势;通过对2003年7月柏油、水泥和泥地温度与气温的分析显示,在相同气温和日照条件下,柏油路面温度最高,水泥路面次之,泥地温度最低;高温天气出现时,位于城郊、海边、高山自动站的平均最低气温均低于城区,城市热岛现象显著。因此高温信号发布应综合考虑不同地表状况、体感温度等,逐步走向精细化。     

青藏高原地区不同下垫面陆面过程的数值模拟研究

利用陆面过程模式Common Land Model(CoLM),选取青藏高原上3个不同下垫面观测站(藏东南站、纳木错站和珠峰站)的观测资料,对这3个野外观测站进行了单点数值模拟试验。根据3个测站的试验数据,对模式中土壤孔隙度和饱和导水率进行了优化,针对青藏高原地区土壤层薄的特点,对模式中土壤分层方案进行了调整。结果表明,调整分层方案后的CoLM模式对3个测站土壤湿度的模拟性能较原分层方案有明显提高,平均偏差均减小0.014以上。但是与观测值相比,藏东南站土壤湿度的模拟整体偏低,纳木错站和珠峰站则整体偏高。对土壤温度而言,3个测站模拟与观测的相关系数都达到了0.9以上,珠峰站偏差较大,调整分层方案后模拟的偏差有一定的改进。模式较好地模拟了3个测站的净辐射、感热通量和潜热通量的日变化和季节变化情况,调整分层方案后潜热通量的改进最为明显。