巴丹吉林沙漠不同下垫面辐射特征和地表能量收支分析

利用2009年夏季在内蒙古自治区阿拉善右旗境内巴丹吉林沙漠开展的"巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验"所取得的资料,对比分析了典型晴天条件下,巴丹吉林沙漠两种不同下垫面的辐射平衡特征和地表能量收支的日变化规律。结果表明,不同下垫面地表反射率具有明显的差异,沙漠反射率为0.33,湖区沙生芦苇反射率为0.23,沙漠反射率大于沙生芦苇反射率。巴丹吉林沙漠两种典型下垫面上,各辐射分量均具有相似的日变化特征,即白天大、夜间小。两种下垫面上的净辐射日变化与峰值基本相同,日积分值均约为8MJ.m-2。由于下垫面性质不同,地表能量的分配也不相同。沙漠主要以感热通量为主,地表热流量其次,潜热通量很小可以忽略不计;湖区以潜热通量为主,感热通量和地表热流量次之。     

西北干旱区地表辐射特性的初步研究

利用2000年5－6月敦煌（戈壁）陆面过程野外观测实验加强期的地表辐射观测资料以及HEIFE中绿洲（张掖）和沙漠两站1991年同期的地表辐射观测资料，分析了三种不同下垫面晴天地表辐射各分量的日变化特征。结果表明：绿洲地区和沙漠区总辐射略高于敦煌戈壁区；地表反射率沙漠区和敦煌区明显高于绿洲区，地面有效辐射戈壁区最大，张掖绿洲区最小，地表净辐射张掖绿洲区明显大于沙漠和戈壁区。     

新疆东部黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征

新疆东部黑戈壁作为气候恶劣、人迹罕至的生态脆弱区,具有丰富的太阳能资源。利用红柳河陆气相互作用观测站2019年4、7、9月观测资料,分析东疆黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征。结果表明：（1）地表辐射及能量收支各分量日变化均为单峰型。就不同季节而言,太阳总辐射和净辐射为夏季>春季>秋季,反射短波辐射为春季>夏季>秋季,地表和大气长波辐射为夏季>秋季>春季。（2）能量收支各分量季节变化明显,感热通量为春季>夏季>秋季,潜热通量为夏季>秋季>春季,地表土壤热通量为秋季>夏季>春季;能量分配在不同季节均以感热为主,地表土壤热通量次之,潜热通量极其微弱。（3）地表反照率日变化均为“U”型,在不同季节表现为春季>秋季>夏季,依次为0.29、0.27、0.26。东疆黑戈壁地表反照率整体较高,这是下垫面为黑色砾石所致。     

东帕米尔高原地表辐射收支及地表反照率特征

利用东帕米尔高原塔什库尔干国家基本气候站2020年6月至2021年6月观测的辐射数据,分析了东帕米尔高原不同时间尺度和不同天气条件下各辐射通量及地表反照率变化特征。结果表明：（1）各辐射通量在逐日均值变化上呈“V”型曲线;向下短波辐射、向上短波辐射、向下长波辐射、向上长波辐射和净辐射年曝辐量分别为5001.6, 1370.3, 6090.7, 8550.8和1189.0 MJ·m-2;在季节尺度上,各辐射通量总体表现为夏季>春季>秋季>冬季,而向上短波辐射在冬季最高。（2）不同天气下,辐射通量也不同,晴天时,各辐射通量变化均为较平滑的单峰型,少云、多云时均为不规则单峰型,降水时,除冬季外均为多峰型,辐射通量均值变化表现为晴天>少云>多云>降水。（3）地表反照率在观测期间平均值为0.29,最大值出现在1月,最小值出现在7月,分别为0.58和0.24;在季节上表现为冬季最大,夏季最小;春、夏、秋季地表反照率呈“U”型,冬季为倒“U”型;降雨时地表反照率下降,降雪时则地表反照率上升,说明不同降水类型对地表反照率影响不同。     

黄土高原典型塬区冬小麦地表辐射和能量平衡特征

利用2006年4～7月黄土高原陆气相互作用试验实际观测资料,分析了黄土高原典型塬区冬小麦生长过程中不同天气条件下的地表通量特征。发现在不同天气条件下辐射平衡和能量平衡特征有很大变化。地面向上长波辐射在晴天、阴天、降水天时依次减小,到达峰值时间约滞后总辐射峰值到达时间1 h左右。大气向下长波辐射与地表向上长波恰恰相反,晴天量值最小,基本稳定在300 W·m-2左右,阴天和降水天依次增大。潜热是能量通量的主要消耗项,在夜间也大于零,夜间感热则为负值。土壤热通量达到峰值时间滞后于净辐射峰值到达时间约1.5 h,其日平均值晴天为正,阴天约为零,降水天则为负值。日平均波文比阴天大于晴天和降水天。植被覆盖度高时,土壤植被系统截留的总辐射也高。     

中国西北大气沙尘的辐射强迫

利用CCM3的辐射模式CRM研究大气沙尘的辐射强迫特性。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面同时增暖沙尘层大气，最大加热率出现在沙尘层的上部和贴近地面处。地表反照率对地面冷却和大气加热的大小有影响，地面净辐射的减幅和大气加热率在高地表反照率的沙漠大于低地表反照率的绿洲。大气沙尘对地一气系统的辐射强迫同样受地表反照率的影响，存在着一个“临界地表反照率”，其值在0．25～0．3之间。当地表反照率高于“临界地表反照率”(如沙漠)，大气沙尘减小行星反照率增暖地一气系统，反之(如在绿洲)，大气沙尘增大行星反照率冷却地一气系统。     

青藏高原地区云对地表净辐射的影响

利用１９８２年８月－１９８３年７月青藏高原地面热源观测实验资料，分析了云量，云状对地表净辐射的影响，计算了与云对地表净辐射强迫作用有关的参数。研究表明：地表净辐射是云量的线性函罢 ２对地表净辐射的影响有明显的季节性差异，在春季和夏季，云对地表净辐射的影响非常强烈，并且地表净辐射随云量的增多而减小，在秋季和冬季，云对地表净辐的影响较小，并且地表净辐射随云量的增多百增大。     

敦煌绿洲-戈壁过渡带地表辐射与能量特征分析

利用"西北干旱区陆-气相互作用野外观测试验"2002年在敦煌加强期的资料, 分析了敦煌绿洲-戈壁过渡带的地表辐射和能量特征.研究表明 白天, 绿洲-戈壁过渡带的地表温度和近地层大气温度很高, 和戈壁的地表温度接近;在多数晴天夜晚, 绿洲-戈壁过渡带的地表温度和近地层大气温度要低于戈壁的值.总辐射, 反射辐射和地表长波辐射的值都很接近荒漠戈壁的值, 日积分通量分别为24.48, 6.1, 41.42 MJ*m+-2*d.绿洲-戈壁过渡带的感热、潜热和地表热通量的日积分值分别为6.58, 1.60和0.38 MJ*m+-2*d.同时, 在绿洲-戈壁过渡带有较强的水平湍流输送.     

青藏高原地表净辐射的气候学研究

根据作者提出的地表净辐射各分量的气候学计算方法，计算出青藏高原及其周边地区１７３站的净辐射和其各分量的年，月平均通量密度，并分析其地理分布特征。指出高原主体为总辐射，有效辐射的高值区，地表净辐射场在冬，夏季有较大差异。冬季为一弱正值区，相对低中心呈块状散布在祁连山区等几个地区；夏季因夜雨及地表湿润的缘故，高原大部地区的地表净辐射反有加强。各地净辐射年变化基本形式与总辐射相似。有效辐射年变化一般呈双     

陆面过程模式SSiB在中国西北典型干旱区使用性能的检验

利用2000年5月25日～6月15日敦煌试验加强期的观测资料，检验了SSiB模式在我国西北典型干旱区的使用性能。结果表明，在无降水强迫的情况下，模式对净辐射、感热、潜热和地表温度有较好的再现能力；但当加入降水强迫时，模式输出的模拟值与实测值有较大的差别，究其原因这可能与该模式对干旱区土壤水运动过程描述不准确有关。因此，要将此模式应用于典型干旱区，需要做进一步的改进工作。     

西北干旱区荒漠水分循环特征及其模拟

利用"中国西北干旱区陆—气相互作用实验"观测的资料,分析了大气湿度、土壤含水量、与土壤含水量相关的陆面参数及其他陆面参数特征。为了验证新的陆面参数及参数化公式,将新陆面参数与参数化公式输入陆面模式进行模拟,将模拟值与观测值进行了比较。结果表明输入新参数及参数化公式的模拟效果更好。     

藏北高原地面辐射收支的初步分析

利用“全球能量与水循环亚洲季风之青藏高原试验”GAME／Tibet(GEWEX Asian Monsoon Experiment in the Tibetan Plateau)1998年加强期(IOP)观测资料,分析研究了藏北高原地区草甸下垫面在季风前、季风中、季风后的太阳短波向下辐射、大气长波向下辐射、地面长波向上辐射、地面短波向上辐射、净辐射及地表反射率等特征,得到了藏北高原地区草甸下垫面辐射特征的新认识。     

西北干旱区地气温差季节和年际变化特征的分析

利用西北干旱区49个气象站1961—2000年0 cm地温和气温月平均资料,采用逐级归并法、小波分析、经验正交函数(EOF)、旋转经验正交函数(REOF)方法,分析了西北干旱区地气温差的时空演变特征、气候突变和周期振荡。结果表明:西北干旱区地气温差可分为12月~2月、3月、4~6月、7~10月和11月5类,11月和12月~2月呈下降趋势,3月、4~6月和7~10月呈上升趋势,12月~2月下降幅度较大,4~6月上升幅度最大;地气温差受大尺度气候异常的影响,第一载荷向量反映了全区一致的性质;北疆区和内蒙区有异常变化存在;3月和11月的突变点为1977年,12月~2月、4~6月和7~10月的突变点为1981年;周期振荡主要以3~6年为主。     

利用MODIS资料估算西北雨养农业区地表净辐射

应用定西地区的气象资料和4次EOS-MODIS卫星资料,对典型的西北半干旱雨养农业区的基本地表特征参数进行反演,并在此基础上对地表净辐射量进行估算,进而分析了它的季节变化。结果表面,应用卫星数据估算的净辐射结果与实际观测值基本接近,相对误差在16%以内,基本反映了当地的实际情况;雨养农业区净辐射的季节变化表现为冬季最小,其次是秋季,夏春两季最大,并且四季相差比较大;净辐射四季变化也呈现出不均匀的分布特性,频率分布范围较宽。     

黑河地区绿州和沙漠地面辐射收支的若干特征

利用HEIFE中在绿州和沙漠两个测站所取得的资料。分析了两种不同下垫面辐射收支及其季节变化特征。结果表明：绿州区地表反射率明显小于沙漠区,季节变化明显;地面向上长波辐射绿州小于沙漠,地面有效辐射绿州小于沙漠。且季节变化明显;地表净辐射绿州大于沙漠,其能量以潜热为主输入大气;干旱地区的绿州光合有效辐射年总量大于河北、山声等地。光合有效辐射资源极为丰富。     

CoLM模式在西北干旱区和青藏高原区的适用性研究

运用CoLM(CLM3.0)模式对典型干旱区(张掖站)和青藏高原区(安多站、MS3478站)进行了off-line验证试验,检验了CoLM模式在典型干旱区和青藏高原区的性能。结果表明:CoLM模式对典型干旱区绿洲灌溉农业的陆面过程模拟较好,土壤各层温度的日变化趋势和季节变化趋势都能较准确地模拟出来,模拟的地表温度与观测值相关系数为0.885,均方差为0.873;模拟的5 cm土壤温度值与实测值的相关系数为0.944,均方差为0.891。在高原地区能量平衡分量的模拟中,净辐射、感热模拟效果较好,潜热分量模拟值偏大,故将CoLM模式用于高原地区还有待进一步改进。     

卫星遥感结合气象资料计算的西北干旱区地面感热特征分析

选取1981年7月-2006年12月美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的归一化植被指数(NDVI)资料和Ch-INDV参数化关系式,计算了我国西北干旱区84个测站历年各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,得到如下主要结论:(1)西北干旱区地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在数值大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,感热实际计算值的空间分布更明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)西北干旱区地面感热输送呈单峰型年变化特征,春、夏季非常强,秋、冬季较弱;大部分区域全年均为正值,地表为感热源。(3)以97.5°E为界,西北干旱区东、西部具有不同的年际变化趋势,东部的地面感热四季均有逐年增加的趋势,而西部秋、冬季逐年略有增加,春、夏季逐年减弱明显,气候倾向率分别为-1.15 W.m-2.(10a)-1和-2.08W.m-2.(10a)-1。(4)西北干旱区地面感热输送具有明显的年代际变化特征,1980年代总体偏强,1990年代总体偏弱,2000年以来,西北地区中部的感热输送偏弱,东、西部除个别测站外均偏强。(5)西北干旱区的感热变化并不只由地气温差的变化来决定,它与地面风速和地表状况的变化也有较强的依赖关系。在冬季,主要响应地气温差的变化,春季地面风速和地气温差的影响作用同等重要,夏季以地面风速的影响为主,地气温差的影响次之,秋季与夏季相反。另外,夏季地表状况对感热的影响作用也不容忽视。     

西北干旱区地气温差的时空特征分析

利用西北干旱区55个站1961—2000年0cm地温和气温资料,利用EOF、旋转EOF分析和小波分析方法．分析了西北干旱区地气温差的空间分布及时间演变特征。结果表明：西北干旱区地气温差6月份最大,1月份最小;春、夏、秋三季均为正值,冬季除个别站点外均为负值。西北干旱区春、夏、秋、冬四季地气温差的空问分布前三个特征向量均表现为三种分布型：全区一致型、南北差异型和东西差异型。在过去40年问,西北干旱区的地气温差表现为四种时间演变型：具有极小值的抛物线型、具有极大值的抛物线型、单调递增型和单调递减型。西北干旱区地气温差的周期振荡主要以3～6年和20年为主。这些周期振荡在不同区域不同时期的显著性不同。