SiB2和SiB3对高寒草甸和茶树地表能量通量模拟的比较

运用简单生物圈模式第2版(SiB2)和第3版(SiB3),分别模拟青藏高原两个观测站(那曲、安多)和长江三角洲苏州东山观测站的近地面能量收支,并与相应观测数据进行比较研究,分析SiB2、SiB3模拟结果和观测资料产生差异的原因,以此来认识上述地区地表能量收支特点。结果表明,SiB2和SiB3模拟的近地面能量通量与观测数据有较好的一致性。对感热通量,那曲和安多站SiB3比SiB2模拟的结果更接近观测资料,但苏州站SiB2模拟的结果与观测资料更吻合;对潜热通量,SiB3比SiB2模拟的日变化与观测资料更一致,SiB3的模拟结果与观测资料(除苏州站外)相关系数都在0.8以上;对地表土壤热通量,SiB2和SiB3模拟结果与观测数据相关系数都在0.8以上;对净辐射通量,SiB2和SiB3模拟结果与观测资料相关系数接近1.0。与SiB2相比,SiB3引用通用陆面模式的土壤描述并增加对冠层空间层温度、湿度和痕量气体的预报,使其能够改善潜热通量和土壤热通量的模拟,但对复杂下垫面的感热和净辐射通量模拟能力提高不明显。     

利用生物圈模型 (SiB2) 模拟青藏高原那曲草原近地面层能量收支

模式所需要的参数被合理地设置之后, 根据GAME/ Tibet (GEWEX亚洲季风试验/青藏高原试验) 那曲近地层观测站的资料, 将大气强迫变量代入SiB2(Simple Biosphere model version2), 文章模拟了该观测站地表能量收支。结果表明:SiB2能够较好地模拟青藏高原的能量收支情况, 净辐射、潜热通量和土壤热通量的模拟值和观测值吻合, 它们的相对误差分别为8% (低估)、6% (低估) 和3 %(低估)。同时, SiB2高估感热通量达40%。文章还给出了能量各分量的详细比较分析。     

简单生物圈模式 (SiB2) 中湍流能量通量对近地层两类阻抗系数的敏感性研究

陆—气之间的能量交换是通过近地层湍流热量和水汽通量来实现的.以往的研究表明近地层阻抗对湍流能量通量有着不同程度的影响,但是关于陆面模式中阻抗系数的取值范围却始终没有统一的标准.为了深入了解简单生物圈模式 (SiB₂) 中近地层阻抗系数取值变化对湍流能量通量的影响,我们以那曲站为例,分别采用传统的逐个因子分析法和考虑参数间相互作用的部分因子分析法定量地研究了夏季该观测站近地层湍流能量通量分别对冠层阻抗系数C₁和地表阻抗系数C₂的敏感性响应.结果表明,感热通量对地表阻抗系数C₂更为敏感,而潜热通量则对冠层阻抗系数C₁较为敏感;感热通量随C₁增加而增大,随C₂增加而减小,而潜热通量则随C₁或C₂的增加而减小;不管是感热通量还是潜热通量,它们对阻抗系数的敏感度随阻抗系数的增大而减小,而对阻抗系数的相对敏感度则随阻抗系数的增大而增大.最后,结合那曲站夏季下垫面稀疏短草的分布特点分析了造成感热通量和潜热通量敏感变化各异的原因.     

利用简单生物圈模式SiB2模拟锡林浩特草原地表湍流通量

利用简单生物圈模式SiB2模拟了2007年7月1日至9月30日期间锡林浩特草原的地表能量分配、CO2通量、地表有效辐射温度和土壤湿度.采用锡林浩特国家气候观象台野外试验基地实地测量资料确定SiB2所需要的参数和初始值后,由该资料中30 min一次的太阳短波辐射、大气长波辐射、水汽压、气温、水平风速和降水驱动SiB2,最...     

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     

上海秋冬季地表能量平衡及CO2通量特征分析

利用2012年11月11日至2013年1月20日上海秋冬季涡动相关通量观测资料,对比分析地表能量平衡和CO₂通量在不同天气条件下的日变化特征。结果表明：2012-2013年上海晴天和多云天气条件下,最大能量通量为储热项,其次为感热项;用于蒸发的潜热通量项最小,低于50 w·m^-2。储热项日峰值出现在11时,出现时间早于净辐射通量,而在日落前转为负值。感热项日变化曲线并不以12时为中心呈对称分布,日落后感热项仍为明显正值。中午至日落时波文比值为3以上。感热通量受风向影响最大,在主导风向为西北风时,感热通量日峰值从其他风向的175 w·m^-2左右减小至120 w·m^-2左右。霾和云对短波辐射均表现为衰减作用,云的衰减作用明显大于霾。云使地表向上长波辐射和净长波辐射明显减少,而使大气逆辐射增加。晴天条件下,全天表现为CO₂排放源,且日变化呈双峰型,两个峰值出现时间正好对应上下班高峰时段,傍晚峰值大于早上峰值。     

利用简单生物圈模式SiB2模拟青藏高原地表能量收支

利用简单生物圈模式SiB2模拟了西藏短草大草原安多观测站1998年7月15日至9月10日期间的地表能量分配、 地表有效辐射温度和土壤湿度。季风期, 平均冠层高度和叶面积指数大约分别为0.05 m和0.5。实验地点基本代表了夏季藏北高原大面积特征。所用资料为全球能量与水循环实验GEWEX (Global Energy and Water Cycle Experiment) 亚洲季风实验GAME (Asian Monsoon Experiment) 的西藏观测期间安多观测站微气象实地测量。采用这些资料确定SiB2所需要的参数和初始值后, 由该资料中半小时一次的太阳短波辐射、大气长波辐射、水汽压、气温、水平风速和降水驱动SiB2, 最后将模拟结果与实际测量的湍流通量、 地表温度和土壤湿度进行了对比, 进一步检验SiB2对季风期间青藏高原稀疏草原地表能量分配的模拟能力。对比结果表明: (1) 当模式低估净辐射0.2%时, 模式分别高估感热、 潜热和土壤热通量4%、 13%和8%; (2) 模式得出的地表温度偏高5%; (3) 土壤湿度估计合理。总的来说, SiB2对辐射分量模拟结果的偏差相对较小, 相关程度普遍比感热通量、 潜热通量和土壤热通量的模拟结果高。     

珠海凤凰山常绿阔叶林CO2通量与光合有效辐射及气象因子的关系

为了探究珠海凤凰山常绿阔叶林CO₂通量与光合有效辐射的关系,提高用光合有效辐射和气象因子模拟CO₂通量的水平,本文根据华南地区干湿季特征和Monin-Obukhov大气稳定度参数ζ,对凤凰山陆气相互作用观测塔站2015年11月1日至2018年5月4日间的通量、辐射和气象观测资料进行分类;分析了在干、湿季的不稳定(ζ<-0.1)、中性(-0.1≤ζ≤0.1)和稳定(ζ>0.1)三种大气稳定状态下,珠海凤凰山常绿阔叶林昼间CO₂通量与光合有效辐射的关系,以及冠层上方气温、相对湿度、饱和水汽压差和浅土层土壤含水量的年变化特征;在此基础上,利用偏最小二乘回归法确定CO₂通量变化的主要气象影响因子,并通过气象因子修正了CO₂通量和光合有效辐射的关系。结果表明：在干季和湿季不同稳定度下,CO₂通量与光合有效辐射之间存在一种非线性关系,随着光合有效辐射的不断增加,森林对CO₂的吸收能力先迅速增强,之后逐渐平缓;在线性方程、对数方程和Mi...     

HUBEX试验期间不同地面的能量收支研究

利用淮河流域能量和水循环试验(HUBEX)的外场观测资料,对不同天气条件下(雨期、干期,有云、无云)、不同下垫面下(水体、稻田、旱田、森林)的能量收支进行了研究.结果表明:(1)对于能量收支日变化,水面和稻田基本为单峰结构,而旱田和森林则为两峰或多峰结构,这可能与地表粗糙度有关;(2)从水面到稻田、旱田、森林,其感热通量的日平均值是从小到大,而潜热通量则相反,这可能反映了下垫面含水量和地表粗糙度的差异所造成的感热通量和潜热通量的差异;(3)不同天气状况其能量收支各有其特点.     

锡林浩特草原CO2通量特征及其影响因素分析

利用锡林浩特国家气候观象台开路涡度相关系统、辐射土壤观测系统,测得的长期连续通量观测数据,对锡林浩特草原2009—2011年期间的CO₂通量观测特征进行了分析。结果表明:CO₂通量存在明显的年际、季节和日变化特征。3 a中NEE年际变率达到200 g·m^-2,季节变率最大达到460 g·m^-2,日变化幅度生长季最大达到0.25 mg·m^-2·s^-1。通过不同时间尺度碳通量与温度、水分、辐射等环境因子的分析,认为CO₂通量日变化主要受温度和光合有效辐射影响,而季节变化和年变化主要受降水和土壤含水量的影响。降水强度及时间分布是制约牧草CO₂吸收的关键因素,大于15%的土壤含水量有利于促进牧草生长。     

A Re-examination of Density Effects in Eddy Covariance Measurements of CO2 Fluxes

Corrections of density effects resulting from air-parcel expansion/compression are important in interpreting eddy covariance fluxes of water vapor and CO2 when open-path systems are used. To account for these effects, mean vertical velocity and perturbation of the density of dry air are two critical parameters in treating those physical processes responsible for density variations. Based on various underlying assumptions, different studies have obtained different formulas for the mean vertical velocity and perturbation of the density of dry air, leading to a number of approaches to correct density effects. In this study, we re-examine physical processes related to different assumptions that are made to formulate the density effects. Specifically, we re-examine the assumptions of a zero dry air flux and a zero moist air flux in the surface layer, used for treating density variations, and their implications for correcting density effects. It is found that physical processes in relation to the assumption of a zero dry air flux account for the influence of dry air expansion/compression on density variations. Meanwhile, physical processes in relation to the assumption of a zero moist air flux account for the influence of moist air expansion/compression on density variations. In this study, we also re-examine mixing ratio issues. Our results indicate that the assumption of a zero dry air flux favors the use of the mixing ratio relative to dry air, while the assumption of a zero moist air flux favors the use of the mixing ratio relative to the total moist air. Additionally, we compare different formula for the mean vertical velocity, generated by air-parcel expansion/compression, and for density effect corrections using eddy covariance data measured over three boreal ecosystems.     

半干旱区农田和草地与大气间二氧化碳和水热通量的模拟研究

集成生物圈模型(IBIS)是目前最复杂的基于动态植被模型的陆面生物物理模型之一。通过应用该模型对国际协调强化观测计划(CEOP)半干旱区基准站之一的吉林通榆观测站(44°25′N,122°52′E)草地和农田生态系统2003年全年的CO2和水、热通量变化进行模拟,并将结果与涡度相关法测定的观测值进行了对比分析,以检验IBIS模型在半干旱区的模拟能力。对比结果表明:除CO2通量模拟结果不够理想外,IBIS模型较好地模拟了通榆观测站的感热通量和潜热通量。模拟与观测比较的相关系数均通过了0.05以上显著性水平的信度检验。总体上看,模型对农田生态系统模拟的偏差小于对退化草地的模拟。     

Consequences of Incomplete Surface Energy Balance Closure for CO2 Fluxes from Open-Path CO2/H2O Infrared Gas Analysers

We present an approach for assessing the impact of systematic biases in measured energy fluxes on CO₂ flux estimates obtained from open-path eddy-covariance systems. In our analysis, we present equations to analyse the propagation of errors through the Webb, Pearman, and Leuning (WPL) algorithm [Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 106, 85–100, 1980] that is widely used to account for density fluctuations on CO₂ flux measurements. Our results suggest that incomplete energy balance closure does not necessarily lead to an underestimation of CO₂ fluxes despite the existence of surface energy imbalance; either an overestimation or underestimation of CO₂ fluxes is possible depending on local atmospheric conditions and measurement errors in the sensible heat, latent heat, and CO₂ fluxes. We use open-path eddy-covariance fluxes measured over a black spruce forest in interior Alaska to explore several energy imbalance scenarios and their consequences for CO₂ fluxes.     

卫星遥感确定沙特阿拉伯吉达地区非均匀地表区域地表参数和能量通量

对临海沙漠地区非均匀地表区域地表能量通量和蒸发(蒸散)的研究,是一个十分重要但又是一个难点问题。本文提出了1个基于卫星遥感和地面观测的参数化方案,并把其应用于沙特阿拉伯吉达地区,利用1个景的陆地资源卫星Landsat-7E^TM^ 资料进行了分析研究,得到了一些有关临海沙漠地区非均匀地表区域地表特征参数、植被参数和地表能量通量的新概念。最后讨论了所提出的参数化方案的适用范围和需改进之处。     

Influences of the NAO on the North Atlantic CO_2 Fluxes in Winter and Summer on the Interannual Scale

The differences in the influences of the North Atlantic Oscillation (NAO) on the air–sea CO_2 fluxes (f CO_2) in the North Atlantic (NA) between different seasons and between different regions are rarely fully investigated. We used observation-based data of f CO_2, surface-ocean CO_2partial pressure (p CO_(2sea)), wind speed and sea surface temperature(SST) to analyze the relationship between the NAO and f CO_2 of the subtropical and subpolar NA in winter and summer on the interannual time scale. Based on power spectrum estimation, there are significant interannual signs with a 2–6 year cycle in the NAO indexes and area-averaged f CO_2 anomalies in winter and summer from 1980 to 2015. Regression analysis with the 2–6 year filtered data shows that on the interannual scale the response of the f CO_2 anomalies to the NAO has an obvious meridional wave-train-like pattern in winter, but a zonal distribution in summer. This seasonal difference is because in winter the f CO_2anomalies are mainly controlled by the NAO-driven wind speed anomalies, which have a meridional distribution pattern, while in summer they are dominated by the NAO-driven SST anomalies, which show distinct zonal difference in the subtropical NA. In addition, in the same season, there are different factors controlling the variation of p CO_(2sea)in different regions. In summer, SST is important to the interannual variation of p CO_(2sea)in the subtropical NA, while some biogeochemical variables probably control the p CO_(2sea) variation in the subpolar NA.