中国北方干旱化的几个问题

在对东北西部(主要是吉林西部)和内蒙古东部进行调研和考察的基础上,对我国北方干旱化和生存环境的现状、它们的社会经济影响以及人类活动在生态环境变化中的作用等问题进行了分析,得到如下结论:(1)北方干旱化形势严峻,生态环境仍在继续恶化;(2)不合理的人类活动对生态环境的破坏是加剧干旱化的一个主要因素;(3)位于气候和生态系统过渡带的半干旱区具有敏感性和可恢复性的双重特征,是干旱化研究的重点地区之一;(4)实施退耕还林还草和规划山川秀美的远景必须遵循生态规律;(5)有序人类活动是改善生态环境、防治北方干旱化和实现可持续发展的根本措施;(6)生态治理的有序人类活动与包产到户的土地承包政策之间存在矛盾;(7)必须正确处理生态治理的投入、经营和效益之间的关系.     

半干旱区不同下垫面近地层湍流通量特征分析

本文分析了2003～2005年半干旱区退化草地和农田下垫面近地层湍流通量日、季、年的变化特征, 探讨了不同年份的气候背景和下垫面土地覆被对地气交换过程的影响。结果表明: 半干旱区退化草地和农田近地层湍流通量具有明显的日变化、季变化周期; 地气间通量交换年际间的差异主要受当年的气候背景影响, 尤其是降水的影响; 同时还受到下垫面覆被的影响。潜热通量和感热通量的能量分配比率呈反位相变化, 且农田和退化草地的变化趋势相似, 在夏季潜热通量所占比例均超过感热通量; 两种下垫面的波恩比月均值变化趋势十分相似, 量级接近, 夏季低, 春、秋季高; 夏季退化草地和农田下垫面波恩比均小于或等于1。     

不同陆面过程模式对半干旱区通榆站模拟性能的检验与对比

随着全球气候变化和伴随而来的日益严重的干旱化问题,干旱/半干旱地区的陆气相互作用引起了越来越多的重视。利用国际协同强化观测期(CEOP)观测资料对3个不同的陆面过程模式BATS、LSM和CoLM在半干旱区通榆站进行了模拟检验与对比,考察了不同陆面过程模式对半干旱地区的模拟性能。结果表明,3个模式都可以较好地模拟出半干旱地区地气间的能量通量的季节和日变化,但模拟性能存在较大差异。对于地表温度和出射长波辐射的模拟,BATS表现最优;而对于感热和潜热通量的模拟,CoLM和LSM要好于BATS,其中CoLM的表现最好。各模式的模拟性能随着季节不同存在着很大的差异,夏季的模拟要好于冬季,3个模式都不能很好地模拟冬季该地区的潜热通量,说明对半干旱地区冬季地表过程的刻画还有待进一步提高。     

The Long-Term Field Experiment Observatory and Preliminary Analysis of Land-Atmosphere Interaction over Hilly Zone in the Subtropical Monsoon Region of Southern China

To improve current understanding of the water cycle,energy partitioning and CO2 exchange over hilly zone vegetative land surfaces in the subtropical monsoon environment of southern China,a long-term field experiment observatory was set up at Ningxiang,eastern Hunan Province.This paper presents a preliminary analysis of the field observations at the observatory collected from August to November 2012.Results show that significant diurnal variations in soil temperature occur only in shallow soil layers(0.05,0.10,and 0.20 m),and that heavy rainfall affects soil moisture in the deep layers(≥ 0.40 m).During the experimental period,significant diurnal variations in albedo,radiation components,energy components,and CO2 flux were observed,but little seasonal variation.Strong photosynthesis in the vegetation canopy enhanced the CO2 absorption and the latent heat released in daylight hours;Latent heat of evaporation was the main consumer of available energy in late summer.Because the field experiment data are demonstrably reliable,the observatory will provide reliable long-term measurements for future investigations of the land-atmosphere interaction over hilly land surfaces in the subtropical monsoon region of southern China.     

白洋淀地区非均匀大气边界层的综合观测研究——实验介绍及近地层微气象特征分析

介绍了国家自然科学基金重点项目 "地表通量参数化与大气边界层过程的基础研究" 在河北省白洋淀地区进行的两次综合观测实验(时间分别是2004年11月16～22日和2005年9月8～27日),这两次实验获得了大量宝贵的资料,全面深入的资料分析正在进行中.此文主要限于白洋淀地区水陆不均匀地表近地面层微气象特征的分析.结果表明: 陆地上近地面层的气温日变化比水域上的大,而风速比水域上的小,其中9月份陆地上白天的气温比水域上的高,夜间比水域上的低,11月份两地白天气温接近,但夜间陆地上的气温明显偏低; 无论是9月还是11月,水域上近地面层都是以下沉气流为主,而陆地则在中午前后存在弱的上升运动; 9月份,两地的近地面层短波射入辐射比较接近,但水域上的短波射出辐射比陆地上的大; 长波射入辐射则是陆地比水域的大,而长波射出辐射则是水域的比陆地的大; 两地的净辐射白天接近,夜间水域地区负的净辐射值明显比陆地的大; 9月份,水陆两地的感热通量相差不大,为150～200 W/m2,而潜热通量比感热通量大,天气晴朗时可达到300 W/m2; 11月份,陆地的感热通量比潜热通量大,为100～120 W/m2,而水域地区的感热通量则与潜热通量相当; 两地的潜热通量相差不大,一般不超过50 W/m2.无论是9月还是11月,水域地区夜间都存在水汽向下输送的逆湿现象,而陆地只在9月份存在逆湿现象.2005年9月份的水温观测结果表明,白洋淀水体平均温度比水表平均温度明显偏高,而且日变化幅度很小,水表平均温度则日变化较大.     

通用陆面模式CLM在东亚不同典型下垫面的验证试验

利用野外观测资料,考察了通用陆面过程模式(CLM)对东亚地区3种典型下垫面(高原稀疏植被下垫面、森林、水田)的模拟能力.验证结果表明,在高原稀疏植被下垫面,CLM模拟的地表气温跟实测较为接近,同时CLM还可以较好地模拟出土壤温度随时间和深度的变化特征,但模式模拟的地面温度的幅值跟观测相比显著偏小;对于能量通量而言,除感热通量外,CLM所模拟出的其它能量通量的变化均与观测实况比较一致.对于淮河流域的森林下垫面,CLM所模拟出陆气间的各能量通量均与实测较为接近,尤以夏季(8月份)的模拟性能最好.对于水田下垫面,CLM模式较好地模拟出了各能量通量的主要变化特征及其季节差异,如水田的净辐射以及潜热通量夏季最大,而感热通量则是秋季最大等.     

东北半干旱区退化草地土壤温度的日、季变化特征

在国家基础研究发展规划项目(973)"我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究"支持下,吉林通榆"干旱化和有序人类活动"长期观测实验站于2002年10月建成并正式开始观测,该站也是国际协同加强观测计划(CEOP)观测网中36个地面站之一。本文利用2002年10月—2005年12月高密度连续观测资料,对退化草地下垫面土壤温度变化特征进行了分析。发现在东北半干旱地区,退化草地0~10 cm深处土壤温度日变化明显,20 cm处日变化较弱(冬季无明显日变化),50 cm以下无日变化;土壤温度0~80 cm存在明显的年变化周期,20 cm以下位相滞后明显,土壤垂直温度梯度经历一个负→转换期→正→转换期→负的年循环。土壤冻结期约96天。太阳辐射是影响土壤温度长期变化的主要因素;土壤表层温度、湿度的日变化对降水事件的响应因降水强度、时间等的不同而不同。太阳辐射是影响土壤温度长期变化的主要因素;土壤温度对降水事件的响应近似一渐变过程,而土壤湿度相对是一快速的跃变响应过程。     

半干旱区退化草地地表能量收支

利用吉林通榆“干旱化和有序人类活动”长期观测试验站2002年10月~2003年12月在退化草地下垫面获得的近地层湍流通量及能量的连续观测资料(样本间隔30min),分析了半干旱地区退化草地下垫面近地层能量的日变化、季节变化特征;同时还讨论了干湿季转换期及不同季节近地层能量收支特征,以及天气状况对近地面层能量收支的影响。     

中国西北干旱、半干旱区春季地气温差的年代际变化特征及其对华北夏季降水年代际变化的影响

利用我国1951~2000年夏季降水观测资料分析了我国夏季降水的年代际变化特征,表明了我国夏季降水在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,在1976年之后华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重持续干旱,而西北地区从20世纪70年代后期开始,降水增多,且西北地区降水振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5~8年。并且,本文从1960~2000年我国西北干旱、半干旱区的地温、气温观测资料分析了我国西北干旱、半干旱地区的地气温差(Ts-Ta)的变化特征,其结果表明了在20世纪70年代后期以前,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差大部分年份偏低,低于平均值,而从70年代后期之后到2000年,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差偏高。此外,本文还分析了西北干旱区地气温差变化的最大地区新疆西部春季地气温差与我国夏季降水的相关关系,其正相关区分别位于西北地区、东北地区和长江流域,而负相关区分别位于华北地区东部和西南地区,这表明我国西北干旱、半干旱区春季地气温差可能是华北地区夏季降水年代际变化的原因之一。     

珠海凤凰山陆气相互作用与碳通量观测塔的基本观测及晴天主要观测量的日变化特征

珠海凤凰山地处北回归线以南,森林植被覆盖率达90%,植被类型为南亚热带常绿阔叶林群落,是岭南地区典型的城市或村庄周边的再生森林,我们选择在凤凰山麓森林冠层较为平缓的低矮坡地建立了陆-气相互作用和碳通量的观测铁塔塔站。本文详细介绍了观测塔的地理环境、初步的仪器布设和基本观测,并利用已获得的资料分析了旱季典型晴天主要观测量的日变化特征。太阳总辐射及其分光辐射和反射辐射的日变化都是比较常规的中午最高的对称结构;冠层接收到的长波辐射比向上长波辐射低;气温日变化的峰值比太阳辐射滞后,白天达到最高值前的气温是低层高于高层,达到最高值后到落日前气温陡然下降,夜晚的气温是低层低于高层。相对湿度凌晨最大,下午最小,夜晚是低层相对偏湿,白天正好相反;11月份,珠海地区盛行旱季的偏北季风,有明显的海陆风的作用,白天的海风较强,夜晚的陆风较弱;森林冠层向大气释放的感热和潜热的量值基本相当,潜热基本为正;感热白天为正,夜晚基本为负;森林冠层吸收的二氧化碳的最高值出现在午后,此时空气中水汽浓度达到最低,向大气释放的二氧化碳在日出后的清晨最大,此时空气中的二氧化碳浓度达到最大,同时空气密度也最大;由于森林冠层高、密度大,土壤湿度基本没有日变化;表层土壤温度日变化的振幅随土壤深度加深而变小,土壤热流的变化是下午高,清晨低。本文还发现了一些值得深入探讨的现象,需要以后根据充沛的资料分析论证。