卫星遥感结合气象资料计算的中国干旱区夏季地面感热特征

选用美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的1982-2006年历年夏季每半月合成的归一化差值植被指数(NDVI)数据资料和针对我国西北干旱区不同下垫面的Ch-INDV参数化关系式,计算了我国110°E以西/35°N以北区域内84个气象站历年夏季各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,并将其与ERA-40再分析感热资料进行了比较分析。随后,通过数理统计和经验正交函数(EOF)分析方法,研究其时空分布的基本特征和异常变化的演变规律及其东、西部地面感热年际变化的差异。主要结论为:(1)我国西北干旱区夏季地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在值的大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,但感热实际计算值的空间分布更加明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)对西北干旱区夏季地面感热EOF分析表明,第一模态反映了全场一致的空间变化,第二和第三模态在干旱区东部和西部区具有不同的南北反向或东西反向的空间变化。第一和第二主分量有较明显的年代际或更长时间尺度的周期变化,第三主分量的年际变化较明显。(3)西北干旱区东部和西部夏季地面感热输送具有相反的年际变化趋势,干旱区东部呈逐年增加的趋...     

内蒙古中西部地面感热通量影响沙尘暴的观测分析

利用内蒙古中西部不同地表类型的16个测站2005—2006年3—5月逐小时地面观测资料和逐日沙尘暴资料,计算了地面感热通量、地面位温并分析它们与沙尘暴的关系,结果发现:在内蒙古中西部春季地面感热通量表现为净加热,且沙尘暴发生次数多的年份净地面感热加热强度反而较小。在沙尘暴发生前,沙漠区和高平原区地面感热通量达到最大,而丘陵和平原地区反而开始降低。对于沙尘暴发生前12 h累积的地面感热加热强度及导致的地面位温上升幅度,高平原和丘陵平原区要强于沙漠区。但相对而言,沙漠和高平原地区地面感热加热影响沙尘暴的“效率”更高。     

陇中黄土高原垂直感热平流输送对LAS和EC观测感热通量差异的影响

利用"黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)"2010年6月定西站的陆面过程综合观测资料,以造成大孔径闪烁仪(LAS)和涡动相关仪(EC)测量感热通量的差异为切入点,从中尺度垂直感热平流输送过程入手,将垂直感热平流输送的贡献作为地表有效能量的一部分引入EC直接观测的感热通量,对比引入前后LAS和EC测量感热通量的差异大小.结果表明:黄土高原定西观测站近地层大气垂直方向主要表现为向上运动,峰值达到0.074 m·s^-1,为垂直感热平流输送提供了必要的动力条件.尤其该地区处在半干旱区,地表受太阳辐射加热比较显著,近地层温度梯度最大可达0.39 K·m^-1,为产生垂直感热平流提供了能量基础.加入垂直感热平流输送的贡献后,EC地表能量不闭合度的日均值由直接观测的0.30缩小到0.24.修正后,LAS和EC测量的感热通量拟合的线性趋势系数由直接观测时的1.258缩小到1.186,两者差异得以缩小.     

中国西北干旱区沙尘暴物质源地的遥感估算

以中国西北地区2000年的TM影像为信息源,在全数字方式下运用遥感技术与地理信息系统技术结合建立了西北地区沙尘暴物质源地数据库.通过分析得出:2000年全区有沙尘暴源区196,165,449 hm2,占总土地面积的63.66%.在冬春季全区有沙尘物质源地139×108hm2,占沙尘暴源区面积的70.66%,其中强度和弱度沙尘物质源地的面积所占比例总体相近,相比较而言全区供尘物质的面积大于供沙物质的面积.沙尘物质源地夏秋季比冬春季减少5.90%.     

半干旱区退化草地和农田下垫面近地面层微气象特征——以吉林省通榆为例

利用2003-2005年"通榆长期观测实验站"的近地面层气象要素和湍流观测资料,分析了吉林省通榆县半干旱区退化草地和农田下垫面的近地面层风速、温度和湿度变化规律;分别用梯度法和湍流法估算了退化草地和农田的地表动力学粗糙度(z0m),退化草地的z0m全年变化不大,而农田的z0m随着作物的生长有增加趋势;全年平均的z0m值,退化草地为0.003 4 m;农田生长季为0.054 m,非生长季为0.001 7 m.农田和退化草地下垫面的近中性整体输送系数Cd分别为(4.9±2.1)×10-3和(2.6±1.4)×10-3,Cb分别为(3.6±1.9)×10-3和(2.6±1.6)×10-3.     

南极瑞穗站上空动量和感热等湍流通量的观测研究

本文根据南极瑞穗站气温、风等平均廓线资料,利用相似理论通量一廓线关系计算得出了该站的湍流通量,并与西太平洋热带海域和北京地区湍流通量计算结果进行了比较。     

中国西北干旱区1981—2001年NDVI对气候变化的响应分析

气候变化在不同的区域有着不同的特征,对植被也带来不同的影响,对不同地区气候变化特征的认识及植被变化的相应分析,可使我们对全球变化对干旱区的影响有更深入的认识。通过定量分析,西北干旱区1981—2001年 NOAA/AVHRR数据和同期的气象资料,借助于遥感技术和数理统计知识,分析了1981—2001年我国西北干旱区NDVI变化及其与气候变化的关系。结果显示,1981—2001年间西北干旱区年际最大NDVI的变化与气候变化具有明显的相关性,尤其是对新疆的南、北疆来说,NDVI的变化受到年降水量、年均温和空气相对湿度的影响比较显著,NDVI与年降水量和相对湿度的相关程度要明显比与年均温的相关程度高。甘肃\,内蒙古的河西走廊和青海的柴达木地区NDVI没有明显的变化趋势,同时这两个地区也是年降水量变化最小的地区。从而得出一个结论:降水资源是我国西北干旱区植被生长和生态建设的最重要气象因子,只有充分、合理地利用“降水”这种天然水资源才能最终实现中国西北干旱区环境、社会与经济的可持续发展。     

中国西北干旱区小冰期的湿度变化特征

选取中国西北干旱区11 条具有明确古湿度指示意义的气候记录, 结合冰芯、地层沉积、 湖泊沉积、树木年轮、河流阶地等各种研究资料和历史记载, 研究中国西北干旱区小冰期的湿 度变化。结果表明研究区小冰期(1400-1920 AD) 从整体而言处于相对湿润的阶段: 区内高大 山系降水处于较高时段- -西昆仑山古里雅冰芯积累量增大, 天山山间湖泊水位回升, 祁连山 敦德冰芯孢粉总浓度增加; 而盆地内流系统水量也出现了相应的变化- -塔里木盆地克里雅 河和塔里木河流量增大, 准噶尔盆地艾比湖水位上升, 巴丹吉林沙漠地下水补给量上升, 居延 海入湖水量增大, 湖面扩展, 青海湖盆地降水增加, 有效湿度增大, 苏干湖水体盐度降低, 入湖 水量/ 蒸发量之比升高。同时, 较高分辨率的湿度资料显示, 研究区东-南边缘地带在小冰期 内部存在次一级的干湿波动, 两个湿度较高的时期出现在16 世纪和18 世纪, 分别与小冰期内 部的两个相对温暖时期有很好的对应。中国西北相对湿润的小冰期主要是西风带强度增加和 位置南移造成该区域降水增多和全球性普遍降温导致有效湿度增大两个因素共同作用的结果, 研究区边缘地带小冰期内部冷干暖湿的配置则主要体现了夏季风的影响。     

CMIP5模式对中国西北干旱区模拟能力评价

气候模式是研究气候系统和气候变化的重要工具,气候模式结果是进行气候预测和气候变化风险评估的重要依据。基于中国西北干旱区78个气象站点1960-2005年的观测数据,对最新公布的CMIP5的39个模式在中国西北干旱区1960-2005年平均气温、降水的模拟能力进行评估。结果表明:多个模式模拟年平均气温与观测值的相关系数达到0.39,夏、秋季节的相关系数好于春、冬季,年平均气温模拟大多偏低2℃以上,其中MIROC4h、CCSM4和CMCC-CM对年平均气温的模拟绝对误差较小。模拟的年、季降水量与观测值的相关系数很差,均不到0.1。年降水量模拟普遍偏高100 mm以上,其中CMCC-CM、CNRM-CM5和MRI-CGCM3对年降水量模拟绝对误差较小。年际变化趋势上,模拟的平均气温升高趋势和降水量增加趋势均比观测趋势要低,模拟的冬季平均气温升高趋势偏低最明显,达-0.21℃/10 a,模拟夏季的降水量增加趋势偏低最明显,相对误差达-99%。CMIP5模式对中国西北干旱区的模拟效果整体上偏差较大,未来无论从物理过程还是模式算法都需要进一步研究和改进。     

西北东部气候异常特征及其对冬季高原感热的响应

利用1960—2000年西北东部100个测站,经过面积权重区域平均的降水、气温资料,对该区域气候异常进行分析。结果表明：①对异常旱涝年,亚洲西风带环流及西太平洋副热带高压的位置最为关键。异常涝年,亚洲地区经向环流占优势,东亚大槽偏东,西太平洋副热带高压偏北;异常旱年,亚洲地区纬向环流占优势,东亚大槽偏西,西太平洋副热带高压偏南。②对异常冷暖年,极涡、西风带环流以及西太平洋副热带高压的状况最为关键。气温异常偏高年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏弱,欧亚地区盛行纬向环流,西太平洋副热带高压面积偏大,强度明显偏强,西伸脊点明显偏西,位置偏北;气温异常偏低年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏强,欧亚地区盛行经向环流,西太平洋副热带高压面积偏小,强度明显偏弱,西伸脊点明显偏东,位置偏南。③冬季高原感热与滞后一个季度的夏季降水、气温的相关较春季的相关更好。     

基于卫星遥感数据改进区域尺度的显热通量模型

以西北半干旱地区的内蒙古农牧交错地带锡林郭勒盟为研究区,以不同退化程度的草地为研究对象,通过叶面积指数计算各像元的动力传输粗糙度长度,以改进显热通量算法;并结合植被／土壤组分温度分别计算基于亚像元的植被／土壤的显热通量。由敏感性分析和模型验证表明,改进的显热通量算法能够提高区域尺度的能量平衡计算精度。     

城市地表热通量遥感反演及与下垫面关系分析

选择日本埼玉县熊谷市为研究区,应用ASTER热红外遥感图像,采用PCACA模型以及理论定位算法,对城市地表热通量的相关参数进行反演,进而分析城市下垫面不同土地覆盖类型对地表热通量以及能量平衡的影响.结果表明,PCACA模型应用于城市区域地表通量估算是可行的.这种算法可以大大减少在下垫面结构复杂的城市区域进行地表热通量估算时所需的参数,并有效降低研究结果的不确定性.研究发现,城乡不同下垫面地表覆盖类型对地表热通量的影响差异显著.不同地表下垫面类型的波文比由大到小顺序依次为:工业用地＞住宅用地＞交通用地＞公共设施用地＞旱田＞公共绿地＞水域.在相同的外部气象条件下,与城市周边的植被覆盖区相比,城市人工建筑用地具有较高的显热通量,较低的潜热通量,以及较高的波文比.由于城市地表显热通量和波文比明显高于周边植被覆盖地表,导致城市地表向低层大气供热的增加,这是城市热岛效应形成的重要机制之一.     

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。     

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。     

西北干旱区冬、夏季大气边界层结构对比研究

利用2006年6月28日至7月17日和2007年1月1日至1月10日敦煌加强观测期的探空资料,对比分析了位于西北干旱区的敦煌荒漠冬、夏季大气边界层的结构特征和变化规律。分析认为,该地区冬、夏季大气边界层结构一致,但夏季边界层的厚度明显大于冬季。夏季,白天对流边界层顶最高超过3 500 m,夜间稳定边界层的最大高度平均达到900 m左右,而冬季,对流边界层和稳定边界层日最大高度分别较夏季低约2 350 m和500 m,这说明西北干旱区夏季晴天的确存在极端深厚的大气边界层,但这种超厚大气边界层现象在冬季并不出现。冬、夏季大气比湿和风速在边界层的分布特征符合一般规律,夏季比湿普遍大于冬季,且夏季大气比湿随高度变化幅度明显大于冬季。冬季从地表开始就出现逆湿现象,夏季逆湿则出现在60~100 m高度范围内。冬、夏季白天与夜间的风速均能呈现出Ekman螺线特征,且夏季地转风风速值与地转偏差均远高于冬季。     

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。     

黑河中游非均匀地表能量通量的卫星遥感参数化

对黑河中游非均匀地表区域地表能量通量和蒸发(或蒸散)的研究是一个十分重要但又是一个难点问题。文中提出了2个基于卫星遥感和地面观测的参数化方案,并把其用于黑河中游地区。同时利用2个景的陆地资源卫星Landsat TM资料进行了分析研究,得到了一些有关非均匀地表的沙漠化地区的区域地表特征参数、植被参数和地表能量通量的新概念。文章最后还讨论了所提出的参数化方案的适用范围和所需的改进之处。