北疆地区参考作物蒸散量时空变化特征

为明确北疆地区在全球气候变暖背景下合理的灌溉制度,利用北疆地区22个气象站49 a(1962~2010年)的逐日气象资料,运用Penman-Monteith公式计算北疆地区1962~2010年的参考作物蒸散量ET0(reference crop evapotranspiration),并用Mann-Kendall方法对其进行突变检验,基于Arc GIS9.3空间分析功能模块对北疆参考作物蒸散量进行了空间变化分析。结果表明:研究区域的ET0在1983年发生向下突变,ET0在时间分布上整体呈下降趋势,主要受该地区相对湿度和风速的影响;ET0从北疆的东北部和西南部向中间逐渐升高,东南部和西部表现略高,具有明显的区域差异;4~10月ET0对全年ET0的分布具有显著影响。     

非均匀陆面条件下区域蒸散量计算的遥感模型

非均匀陆面条件下的区域蒸散计算是一个复杂的问题。文中首先在利用遥感资料求取地表特征参数 (如植被覆盖度、地表反照率等 )的基础上 ,建立了裸露地表条件下的裸土蒸发和全植被覆盖条件下植被蒸腾计算模型 ,然后结合植被覆盖度 (植被的垂直投影面积与单位面积之比 )给出非均匀陆面条件下的区域蒸散计算方法。实测资料验算表明该模型具有较高的计算精度。文章最后利用该模型对中国北方地区的蒸散量进行了计算 ,并对该研究区蒸散的特点进行了分析     

陆面过程模式LPM-ZD及其对我国中东部地区陆面特征的模拟

该文利用陆面过程模式ＬＰＭ┐ＺＤ和一套观测分析资料对我国中东部地区的陆面特征进行了模拟研究．模拟结果表明：模式ＬＰＭ┐ＺＤ比较好地模拟了该区域内不同类型植被和土壤的温、湿变量以及陆气间通量交换的日变化特征；能够合理地模拟我国中东部区域的陆面过程特点分布，很好地反映了我国南北方区域气候特点的差异和我国夏季风气候特点     

陆面模式中土壤湿度影响蒸散参数化方案的评估

本文将四个常见陆面模式CLM3.5（Community Land Model Version 3.5）、Noah_LSM（The Noah Land Surface Model）、VIC（Variable Infiltration Capacity）以及SSiB（The Simplified Simple Biosphere Model）中土壤湿度影响蒸散的参数化方案进行简化,并利用实验观测资料对不同参数化方案进行评估,探究不同陆面模式对土壤湿度与蒸散关系的模拟差异,从而为提高模式的模拟能力提供依据。结果表明,（1）CLM与SSiB中计算土壤湿度影响裸土蒸发的参数化方案较Noah_LSM和VIC更接近真实的物理过程,同时CLM与SSiB模式中土壤湿度对蒸发的影响程度较Noah_LSM和VIC大;而对于下垫面有植被条件下的蒸散而言,CLM中包含了植被光合作用、呼吸作用等生物物理学过程,与实际情况更为接近,并且CLM与SSiB中土壤湿度对植被蒸散的影响程度大于VIC,Noah_LSM最低;（2）根据干旱区、半干旱区、半湿润区以及湿润区各站点的分析可知,CLM、SSiB与Noah_LSM中土壤湿度影响蒸散的参数化方案的拟合效果较VIC好,同时在部分站点CLM与SSiB的参数化方案稍优于Noah_LSM。区域之间比较说明,四个模式对干旱半干旱区的模拟效果明显较半湿润区和湿润区好。     

黄土高原陆面水分的凝结现象及收支特征试验研究

中国黄土高原是全球独特的地理区域,其陆面水分过程比较特殊。利用黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)的陇中黄土高原定西陆面过程综合观测站的资料,分析了陆面水分凝结现象及其出现频率与局地微气象条件的关系,研究了露水(霜)量及其出现频率的季节分布特征以及受降水和天气阴、晴的影响规律。同时,对比分析了降水、露水、雾水和土壤吸附水对陆面水分的贡献率,讨论了涡动相关法、蒸渗计和蒸发皿观测的陆面蒸发量的差别及其与陆面水分来源的年平衡关系,给出了半干旱区陆面水分平衡的日循环特征。发现露水对风速、大气湿度、近地层温度梯度的依赖很强,一般在风速为1.5 m/s、相对湿度大于80%和逆温强度为0.25℃的情况下露水(霜)量最大;刚降水后的晴天露水量比较大;实际蒸散量与蒸发力的差距十分明显,陆面水分平衡特征表现为一个"呼吸"过程。     

陆面过程模式LPM—ZD及其对我国中东部地区陆面特征的模拟

该文利用陆面过程模式ＬＰＭ－ＺＤ和一套观测分析资料对我国中东部地区的陆面特征进行了模拟研究，模拟结果表明，模式ＬＰＭ－ＺＤ比较地模拟了该区域内不同类型植被和土壤的温，湿变量以及陆气间能量交换的日变化特征，能够合理地模拟我国中东部区域的陆面过程特点分布，很好地反映了我国南北方区域气候特点的差异和我国夏季风气候特点。     

基于MODIS的祁连山地区陆面温度空间分布研究

利用Becker-Li的算法,获取了祁连山地区不同时相的陆面温度空间分布规律。研究发现:瞬时陆面温度的空间分布与同步气温数据的宏观变化规律基本一致。多样的地形地貌和不同的下垫面地表覆盖类型,决定了其陆面温度的空间分布格局。进而讨论了陆面温度随海拔高度的垂直分异规律。祁连山地区区域陆面温度垂直递减率的变化范围为5.42~6.56℃/km,正北、正东、正南和正西方位上陆面温度的垂直递减率分别为6.56、5.73、5.42和5.84℃/km。其中朝向太阳方向的南、东坡梯度值最小,而背向太阳方向的西、北坡值最大。高海拔地区地表温度的垂直递减率要高于低海拔地区。     

敦煌干旱区一次降水过程陆面特征模拟

利用“我国西北干旱区陆—气相互作用观测试验”在敦煌双墩子戈壁站取得的观测资料及最近的一些研究成果,对陆面模式进行了改进,然后对一次典型较大降水过程的陆面特征及近地层的风、温、湿进行了模拟,结果表明：改进的模式能对降水条件下的干旱区陆面特征进行较好的模拟。其中对辐射、地表温度的模拟相当好,能量的模拟总体结果令人满意;另外由于本模式专门考虑了近地层的影响,所以对近地层的风速、温度和湿度的模拟结果相当好。     

乌鲁木齐河流域参考作物蒸散量时空变化特征

根据乌鲁木齐河流域5个气象站近30a的地面气象观测资料.应用1998年FAO最新推荐的Penman-Monteith公式计算了各月参考作物蒸散量ETo,在此基础上,分析了ETo的月际和年际变化特征,并探讨了各气候要素和海拔高度与ETo的相关关系。结果表明,乌鲁木齐河流域ETo空间变化较大。从山前冲洪积平原的人工绿洲区到高寒地带的乌鲁木齐河源头ETo多年平均值呈明显递减趋势,平均垂直递减率为17.3mm.（100m）-1;30a来,流域各站的年参考作物蒸散量ETo均呈递减趋势,递减速率为-0.05mm.a-1～-5.21mm.a-1;ETo与平均气温、平均最高气温、平均最低气温、空气相对湿度、风速、日照时数、降水量和小型蒸发皿蒸发量均具有较好的相关性;造成近30a乌鲁木齐河流域参考作物蒸散量呈递减趋势的气候原因是：气温、空气相对湿度升高和降水增多以及风速、日照时数减小等气候变化综合作用的结果。     

黄河源区蒸散发量时空变化趋势及突变分析

蒸散发量是流域水文过程的关键因子。由于缺乏区域面上实际蒸散发量的长期观测,很难得到长时间序列的蒸散发时空变化趋势。因此,本研究首先利用架设在黄河源若尔盖地区的涡动相关系统观测的2010年全年的蒸散发资料进行分析,对欧洲中心提供的ERA-interim和美国国家环境预报中心(NCEP)提供的地表变量再分析数据集进行了局地适用性评估,并依据再分析蒸散数据集,基于统计学方法分析了1979~2014年黄河源区蒸散发量的时空分布及变化特征。结果表明:(1)ERA-interim蒸散发再分析资料在黄河源区适用性较好,均方根误差为0.63,NCEP蒸散发再分析资料在4~7月、10~12月模拟值偏高,均方根误差为0.81。(2)进而利用ERA-interim蒸散发再分析资料,基于Mann Kendall方法及Sen斜率(Sen’s slope estimator)检验法,分析了黄河源区蒸散发量在1979~2014年期间的变化趋势。黄河源区蒸散发量总体上呈现北高南低的年变化趋势,北部兴海—共和—贵德地区增加最为迅速,年变化率在1.5~2.5 mm/a,西南部曲麻莱—治多—玉树地区减少最为明显,变化率为-1.0~-0.5 mm/a,东南部玛沁—玛曲—久治地区蒸散发量的变化在0.5~1.0 mm/a。(3)利用滑动t检验和SQMK(Sequential Mann Kendall)方法检测出发生突变的年份集中在20世纪80年代。     

2000~2016年青藏高原地表反照率时空分布及动态变化

应用MODIS地表反照率产品MCD43C3,结合青藏高原自然带数据、积雪覆盖率和植被指数数据,采用一元线性回归方法分析了2000~2016年青藏高原地表反照率的分布及变化特征,结果表明:1）高原地表反照率空间分布差异大,整体上东南部低、西北部高,受地形和地表覆盖影响较大。2）高原地表反照率四季的空间分布变化明显,高海拔山脉和高寒灌丛草甸是高原地表反照率年内和年际变化的敏感地区。3）高原地表反照率年变化介于0.19~0.26,一定程度上表现为“双峰单谷”型,与地表覆盖类型的季节变化密切相关。4）高原地表反照率年际变化整体呈缓慢波动减小的趋势,平均变率约为－0.4×10-3 a-1,减小的区域约占高原总面积的66%,川西 —藏东针叶林带的西南部地区减小得最快,减小速率超过1.0×10-2 a-1。5）高原地表反照率减小与冰川消融和积雪减少密切相关,高原植被覆盖改善也是一个重要因素。     

MODIS反照率产品在模拟黄河源区陆面过程和降水中的应用

地表反照率是陆面过程中一个重要的物理量, 其变化直接影响地表能量的收支状况, 进而可以影响气温和降水等其它气象要素。本文利用WRF (Weather Research and Forecasting) 模式, 通过两组数值模拟试验分别探讨了地表反照率改变在黄河源区不同下垫面情况下潜热、 感热的分配关系, 详细分析了地表反照率改变对降水变化的影响机制, 最后应用EOS/MODIS地表反照率产品替代原模式低时空分辨率的地表反照率。研究结果表明: (1)当地表反照率减少(增加)时, 模拟的区域平均地表温度、感热、潜热数值相应增大(减少)。当地表反照率减少0.1时, 地表温度上升约1.0 K, 感热和潜热量增量比约为3∶1。 (2) 地表反照率改变对降水量变化影响最大的区域是黄河源区下游的草场区域, 其次是黄河源头区域, 最小的是黄河源区北部的稀疏植被区域。地表反照率通过对大气动力、 热力以及水汽条件的影响, 使得降水发生的环境改变, 主要体现在: 当地表反照率减少时, 地表气压的减少使得大气低层的辐合气流增强, 有利于上升运动的发生; 2.0 m气温的升高增强了大气近地层的热力不稳定度; 2.0 m比湿的增加表明近地层空气水汽含量增加。 (3) 与实况对比分析发现, 使用卫星遥感产品后在月尺度上能够更准确地模拟降水量的变化过程。     

青藏高原六套陆面蒸散发产品的评估

Uncertainties in the evapotranspiration (ET) products used in the Tibetan Plateau (TP) region were determined based on the data from satellite remote sensing and observations having different spatial and temporal resolutions, limiting their utility for hydrometeorological and climate assessment. Six ET (PML, EB-ET_V2, GLEAM, GLDAS, ERA5_Land, and MOD16) products were evaluated based on eddy observations, and the differences between the products were compared. Moreover, the uncertainties in ET products in the TP region were analyzed. The results of the analysis are as follows: (1) A good correlation and consistency exist in the mean state and seasonal cycle between the observed and ET values of the corresponding pixel. Moreover, GLEAM product exhibits a high degree of agreement with the observed values and has applicability, and MOD16 product exhibits poor performance at most sites. (2) In terms of seasonal changes, ERA5_Land product values are highly consistent with the observed changes during spring, GLEAM product values are nearly consistent with the observed changes during summer and winter, and EB-ET_V2 product values are highly consistent with observed values during autumn. (3) Spatially, GLEAM product has higher correlation (the correlation coefficient R＞ 0.88) and consistency (index of agreement IOA＞ 0.89) compared to those of EB-ET_V2 product and GLDAS product. Substantial differences exist in the temporal and spatial distribution of various products during different seasons, especially during spring. Compared with other products, MOD16 product is underestimated in summer and overestimated in winter in most regions. (4) The annual average ET for each product except for MOD16 product is considerably different. The annual average ET values of the remaining five products over multiple years arranged in descending order are as follows: ERA5_Land product (401.46 mm a−1)＞ PML product (334.37 mm a−1)＞GLEAM product (298.46 mm a−1)＞EB-ET_V2 product (271.39 mm a−1)＞GLDAS product (249.67 mm a−1). The total annual evaporation in the TP region is 330.59 mm a−1. The assessment results provide a detailed understanding of the quality and dynamics of ET products in the TP region, which can serve as reference data for regional water management and water resource assessment in the TP region. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

秋季珠峰复杂地形下地表能量通量卫星遥感研究

依据目前较为成熟的地表能量通量遥感参数化方案,利用2006年9～10月珠峰地区秋季近地面大气梯度实测资料,结合中分辨率成像光谱仪MODIS卫星资料,遥感估算了包括珠峰地区在内的青藏高原南部地区地表能量通量的空间分布情况.结果表明:地表净辐射峰值约为420.0 W·m-2,介于200.0～620.0 W·m-2之间;地热通量峰值约为110.0 W·m-2,介于50.0～180.0 W·m-2之间;感热通量峰值约为270.0 W·m-2,介于120.0～280.0 W·m-2之间;潜热通量峰值约为90.0 W·m-2,介于0.0～250.0 W·m-2之间.由此可见,在高原季风期后的秋季,该地区白天地面加热场主要通过感热传输加热大气,地气之间水汽传输耗热是地表净辐射平衡中的小量.     

山丘地形的陆面过程及边界层特征的模拟

将模式NP-89的陆面过程参数化方法应用到北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式中, 得到了一个较理想的三维陆面过程及边界层模式, 利用这个改进的三维模式对20 km×20 km范围的山丘地形的陆面过程及边界层特征进行了数值模拟。模拟结果表明, 由于地形阻挡所造成山后的湍流较山前强, 进而造成近地面温度梯度和感热支出小, 最终造成山后的温度比山前的温度明显偏高; 而且随着山高的增加, 这种现象更加明显, 即该模式对山丘地形条件下的陆面过程和大气边界层特征具有较强的模拟能力; 模拟结果合理, 对研究过山气流形成机制、起伏地形大气边界层物理特征和污染物的扩散具有理论和应用价值。     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.     

淮河流域陆面水文过程的数值模拟

采用生物-大气传输模式（BATS模型）模拟了淮河流域山丘区和平原区在1998年汛期的暴雨洪水过程,从陆地-大气间水量交换的角度揭示了径流量、土壤含水量、土壤质地、植被分布的内在联系。结果表明：对于山丘区和平原区而言,根系层土壤含水量、土壤质地以及土壤颜色的变化对径流量的影响具有相似性,但是敏感性不同;而山丘区和平原区深层土壤含水量和植被覆盖率变化对径流量影响的作用正好相反。这些结果显示,由于山丘区与平原区的不同气候和下垫面条件,而造成两者水文性质的差异性,反映了大气-水文之间关系与作用的不同特征。     

一些陆面要素非均匀分布对模式计算结果影响的理论分析

应用平均参数化方法,从理论上分别研究了地表温度、地面粗糙度、积雪深度和密度非均匀分布对相关物理量计算的影响。结果表明:考虑地表温度的非均匀分布影响后,模式网格上平均地面的长波辐射通量增加,地面饱和水汽压也增加;在相同的地表温度分布变差系数和常温情况下,与长波辐射通量相比,地面饱和水汽压的变化对地表温度非均匀分布较为敏感;地面粗糙度非均匀分布对地面中性曳力系数和BATS型地面积雪覆盖率有一定的影响;积雪深度和密度非均匀分布也对地面积雪覆盖率有一定的影响。