吉尔吉斯柯孜尔河上游河谷草场能量闭合分析

通过分析了2014 年8 月13~11 月12 号吉尔吉斯斯坦克孜尔苏山地生态观测站的湍流通量和有效能量的日、月变化特征,并且通过对能量平衡残差（D）以及能量平衡比率（EBR）两种主要方法,分析了该研究区域的能量闭合情况和月变化特征。结果表明：有效能量和湍流通量呈单峰模式的日变化特征,并且在观测期间随着月份的变化,有效能量和湍流通量的月平均值在显著减小;通过对研究区域的能量平衡分析,发现其能量不闭合的情况,并且有研究表明,土壤热通量计算不准确是主要的因素之一。通过对能量平衡残差（D）分析,得出这个观测期间基本上在8~16 点之间能量平衡残差大于零,大概在8 点和16 点的时候能量达到了平衡;用能量平衡比率（EBR）研究能量闭合情况得出,能量平衡比率8月份的0.75,9月份最小为0.7左右,10月份的为0.85。     

3种典型地表风沙流通量廓线研究现状

风沙流研究越来越受到人们的重视,其中风沙流通量廓线研究起着重要作用。本文总结了3种典型地表(流沙地表、草方格地表、戈壁地表)风沙流通量廓线研究现状及存在问题。由于研究方法、研究区域及集沙效率的不同,风沙流通量廓线函数有指数函数、对数函数、幂函数、分段函数等多种,同一问题不同函数模拟结果差异可达到3倍,难以应用于实际。根据研究中存在的问题,提出风沙流通量廓线研究发展趋势。     

巴丹吉林沙漠高大沙山近地层温湿廓线与能量交换特征

利用兰州大学冰川与沙漠研究中心科学观测实验站2015—2016年获得的高大沙山微气象数据,分析了巴丹吉林沙漠温湿廓线结构、土壤分层温度、辐射通量等特征,利用组合法和一维热传导方程分别计算了湍流通量及土壤热通量。结果表明：（1）近地层大气自下而上呈现近似等温或逆温分布,冬季逆温层厚度大于夏季。（2）初次观测到逆湿现象,比湿夏季最大,冬季最小,秋季和春季次之,全年平均约为4.2 g·kg^-1,高于塔克拉玛干沙漠。（3）土壤热通量在2月底至5月初振幅较大;感热通量具有显著的平均日变化特征,潜热通量平均日变化平稳,以0 W·m^-2为中心上下波动。能量交换以感热通量为主,陆-气温度差异是沙山感热通量变化的主要影响和控制因子。     

中山站地区大气边界层结构和湍流通量的输送特征

本文根据作者随中国第１１次南极考察队（１９９４－１９９６年）赴中山站夏考期间，使用ＴＭＴ（系留式气象塔）观测系统，在中山站、冰盖和海冰等三个点上观测到的气温、湿度、风速、风向和气压等大气要素的廓线资料，利用相似理论的通量－廓线关系，给出这三个观测点上的动量通量、曳力系数和感热通量，在近中性条件下，中山站粗糙度高度为２．９ｃｍ，冰盖与海冰点二者粗糙度高度差不多，分别为２．８×１０－２ｃｍ和３．６×１０－２ｃｍ，曳力系数则分别为５．０６×１０－３、１．３４×１０－３和１．４１×１０－３。结果表明，即使在中山站地区这样一个尺度范围内，由于下垫面的热力学特性、地形、地貌、地势和地理位置等的差异，无论是大气边界层结构还是湍流通量等的输送特性都有明显的差别，因此南极地区的大气边界层结构和冰（雪）－气交换特征都是比较复杂的，具有很强的局地性     

1987—1988年夏季长城站地区的热力和动力特征

本文利用1987～1988年夏季我国首次南极长城站边界层气象观测实验资料,运用近地层大气通量的平均廓线理论计算方法,分析了该地区夏季的热状况特征,并与南极内陆的瑞穗站及我国青藏高原等地区的热状况进行了初步比较。在夏季,长城站地面相对于大气而言,仍为热源,地面主要以潜热输送的方式加热大气。夏季长城站的热状况特征与我国青藏高原东部地区进入雨季后的情况相近。     

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。     

南极海冰导温系数与孔隙率关系初探

利用南极中山站附近固定冰不同季节的温度垂直廓线,冰芯盐度、密度数据,基于Cox等发展的冰内孔隙率计算方法,获得冰内孔隙率的垂直廓线。再通过建立分布参数系统最优控制模型,优化辨识在无热源条件下冰内温度垂直廓线对应的海冰导温系数。通过比较7种冰导温系数同孔隙率的关系,选择出海冰导温系数和孔隙率的最优关系式。用该关系式对同一地点不同年份的海冰进行温度垂直廓线计算,比较辨识的导温系数同孔隙率的关系相对于前人理想海冰模型中的导热系数、比热等公式计算对应条件的海冰垂直温度廓线的优势。两种计算结果说明,辨识得到的关系所引起的偏差在趋势和量级上同理想模式计算的结果相同,但辨识得到的关系更简洁,且更具有物理背景。     

零平面位移高度的Marquardt算法

对数风速廓线中的零平面位移高度(d)是描述和估计地表粗糙元的空气动力学特征及其对地表风蚀抑制效应的重要参数之一。本文设计了用以计算对数风速廓线中非线性参数d的计算机非线性回归法——Marquardt法,并用砾质床面上风速廓线的风洞模拟实验资料加以验证。结果表明,用Marquardt法计算出的d/h(即d与砾石高度h之比)与砾质地表起伏度(Dv),d与风速(u)之间存都在较好的相关性,从而表明,Marquardt法是计算风速廓线非线性参数d的理想方法。     

青藏高原西部的地面热源强度及地面热量平衡

以1997年11月至1998年10月青藏高原西部改则和狮泉河地区自动气象站(AWS)连续观测的近地层梯度资料,采用廓线-通量法计算出观测期逐日的总体输送系数,进而用总体公式得出两站逐日的地面感热和潜热通量。结果表明:在此观测期内青藏高原西部不论冬夏地面皆为热源,地面热源强度具有明显的季节变化,两站地面热源强度的年平均值分别为82.5W/m²和68.2W/m²。结合辐射和土壤热通量观测资料揭示了两站的地面热量平衡状况,用地面热量平衡方程对以上结果进行了闭合误差检验。     

半干旱区沙尘天气近地层湍流通量及起沙研究

利用2005年春季朱日和气象站20 m气象塔的观测资料,结合同期的PM10质量浓度资料,分析了半干旱地区不同沙尘天气下近地层湍流通量的变化特征以及PM10质量浓度与起沙之间的关系。结果表明,动量通量在15:00左右达到极大值;感热通量在白天为正值,中午12:00左右达到峰值,而晚上变为负值,并在凌晨达到谷值;由于3月份下垫面湿度大,导致潜热通量经常全天为正值,并在16:00左右达到峰值;PM10质量浓度与摩擦速度的二次方呈正比,临界起沙风速和临界摩擦速度分别为7 m·s－1和0.7 m·s－1。     

海冰在海气交换中的作用及其与海雾的关系

本文用了 1 999年夏季中国首次北极科学考察队对海冰、大气和海洋进行的同步和准同步的综合立体观测所获取的资料 ,研究海冰在海 气相互作用中扮演的角色。发现海冰的种类、分布、冰厚等变化对海气热交换都有重要影响。在浮冰区海洋以潜热的形式向大气输送热量 ,潜热通量与浮冰密集度的大小密切有关 ,浮冰越少潜热通量越大 ,潜热通量约为2 1～ 2 3 .6W /m2 ,潜热通量大于感热通量 ;在冰盖和大浮冰块上 ,大气以感热的形式向冰雪面上输送热量。新生的浮冰区或冰间湖是海气热交换最激烈的地方 ,是气候最敏感的区域 ,是北冰洋蒸汽雾生成的重要条件。用层结大气整体动力学输送法 ,计算了一次大范围的蒸汽雾过程的海气热交换 ,海洋向大气输送的热量总功率约为 1 4 8亿千瓦 ,相当于中国发电能力的 69倍 ,相当于大西洋向北冰洋输送热量平均功率的 1 / 2 0。北冰洋的夏季能够形成各种类型的海雾 :辐射雾、蒸汽雾和平流雾 ,其重要原因就是因为海冰的存在 ,使下垫面的性质复杂化 ,海气交换复杂化。     

北冰洋78°N冰站近地层参数的观测研究

利用2003年8月22日-9月3日中国北极科学考察队在北冰洋78°N浮冰站获得的近地层观测资料,采用整体输送法对北冰洋浮冰近地层特征参数进行了分析研究。结果表明,在考察期间,雪面吸收的净辐射仅为3.6 W/m2,其中以感热和潜热向大气输送的能量分别占52%和31%,向海冰深层传导的热量很少;近中性层结条件下的平均拖曳系数Cdn为1.16×10-3,略小于75°N北冰洋浮冰上近中性层结的Cdn。与1999年75°N附近冰站观测结果的对比表明,当海冰密度及冰站所在浮冰的尺度不同时,海冰与大气相互作用的热力学和动力学过程的差异显著,在研究北冰洋地区海/冰/气相互作用对气候过程影响时,应考虑这一问题。     

Role of sea ice in air-sea exchange and its relation to sea fog

Synchronous or quasi-synchronous stereoscopic sea-ice-air comprehensive observation was conducted during the First China Arctic Expedition in summer of 1999. Based on these data, the role of sea ice in sea-air exchange was studied. The study shows that the kinds, distribution and thickness of sea ice and their variation significantly influence the air-sea heat exchange. In floating ice area, the heat momentum transferred from ocean to atmosphere is in form of latent heat; latent heat flux is closely related to floating ice concentration; if floating ice is less, the heat flux would be larger. Latent heat flux is about 21 23 6 W·m -2, which is greater than sensible heat flux. On ice field or giant floating ice, heat momentum transferred from atmosphere to sea ice or snow surface is in form of sensible heat. In the floating ice area or polynya, sea-air exchange is the most active, and also the most sensible for climate. Also this area is the most important condition for the creation of Arctic vapor fog. The heat exchange of a large-scale vapor fog process of about 500000 km 2 on Aug. 21 22,1999 was calculated; the heat momentum transferred from ocean to air was about 14 8×10 9 kW. There are various kinds of sea fog, radiation fog, vapor fog and advection fog, forming in the Arctic Ocean in summer. One important cause is the existence of sea ice and its resultant complexity of both underlying surface and sea-air exchange.     

Seasonal variations of the near surfacelayer parameters over the Antarctic ice sheet in Princess Elizabeth Land,East Antarctica

Analysis of sensible heat flux(Qh),latent heat flux(Qe),Richardson number(Ri),bulk transport coefficient(Cd) and katabatic winds are presented by using the meteorological data in the near surface layer from an automatic weather station(AWS) in Princess Elizabeth Land,East Antarctica ice sheet and the data of corresponding period at Zhongshan station in 2002.It shows that annual mean air temperature at LGB69 is-25.6°C,which is 16.4°C lower than that at Zhongshan,where the elevation is lower and located on the coast.The temperature lapse rate is about 1.0°C/110 m for the initial from coast to inland.The turbulence heat flux at LGB69 displays obvious seasonal variations with the average sensible heat flux-17.9 W/m2 and latent heat flux-0.9 W/m2.The intensity(Qh+Qe) of coolling source is-18.8 W/m2 meaning the snow surface layer obtains heat from atmosphere.The near surface atmosphere is near-neutral stratified with bulk transport coefficients(Cd) around 2.8×10-3,and it is near constant when the wind speed higher than 8 m/s.The speed and the frequency of easterly Katabatic winds at LGB69 were higher than that at Zhongshan Station.     

Experiment of near surface layer parameters in ice camp over Arctic Ocean

Estimates of near surface layer parameters over 78°N drifting ice in ice camp over the Arctic ocean are made using bulk transfer methods with the data from the experiments operated by the Chinese Arctic Scientific Expedition in August 22-September 3,2003.The results show that the net radiation received by the snow surface is only 3.6 W/m2,among which the main part transported into atmosphere in term of sensible heat and latent heat,which account for 52% and 31% respectively,and less part being transported to deep ice in the conductive process.The bulk transfer coefficient of momentum is about 1.16×10-3 in the near neutral layer,which is a little smaller than that obtained over 75°N drifting ice.However,to compare with the results observed over 75°N drifting ice over the Arctic Ocean in 1999,it can be found that the thermodynamic and momentum of interactions between sea and air are significant different with latitudes,concentration and the scale of sea ice.It is very important on considering the effect of sea-air-ice interaction over the Arctic Ocean when studying climate modeling.     

北冰洋浮冰和开阔海面上的能量平衡特征

利用中国首次北极考察队于 1 999年 8月 1 9日～ 2 4日在北冰洋浮冰区获得的大气近地层垂直廓线和辐射等资料 ,依据相似理论方法 ,对比分析了北冰洋无冰海面和冰面上热平衡参数的变化特征。结果表明 ,海面与大气和冰面与大气之间相互作用的边界层物理过程差异十分明显。冰面吸收的净辐射仅为海面的 6%左右 ,主要消耗于感热输送和冰面融化过程 ,不足部分由水汽在冰面上凝结释放的潜热和冰中的热通量来补充。海面吸收的净辐射主要消耗于潜热输送过程 ,占净辐射的 50 % ,其余热量传向水体深层和用于感热输送 ,分别占净辐射的 2 6%和 2 4 %。由此可见 ,在北冰洋夏季 ,无冰海面有大量的水汽向大气输送 ,这对研究北冰洋地区大气边界层的季节变化过程是至关重要的     

热带太平洋海域感热、潜热通量的时空特征*

本文利用“中美热带西太平洋海气相互作用研究”第1-8航次海面气象观测资料,计算分析了热带太平洋感热潜热通量的时空特征.分析结果表明在赤道海域,潜热通量远远大于感热通量.潜热和感热通量是从海面向大气输送的,且具有明显的年际变化和季节变化,日变化变幅甚小.     

南半球降水对南极海冰涛动异常的响应

运用NCAR/CAM3全球大气环流模式,结合气候学诊断方法,分析了南极海冰涛动异常对南半球降水的影响,并对可能的作用机理进行了初步探讨。结果表明,南半球中纬度降水对海冰涛动异常的响应较为显著,且异常响应的空间分布与海冰涛动类似,分别在南美洲大陆以东大西洋和以西太平洋的广阔海域上存在两个正负值中心。 数值模拟结果显示,海冰涛动异常可以通过改变地表热通量,影响对流层中层大气,进而驱动费莱尔环流的上升支,加强或减弱费莱尔环流的强度,最终对南半球中纬度地区的降水分布产生影响。在阿蒙森/别林斯高晋海外围海冰异常偏少的海域,向上的热通量增加,局地加热会使得费莱尔环流的上升支异常偏强,费莱尔环流的经向输送增强,对应其在中低纬的下沉支也偏强,局地下沉气流异常偏强则会抑制降水的生成,导致降水异常偏少。在威德尔海外围海冰异常偏多的海域,经向环流和降水的响应几乎相反,但因受西南极半岛和南美洲陆面作用的影响,对应经度带费莱尔环流对海冰异常的响应较弱。