青藏高原感热通量的变化及与江淮流域降水异常的关系

利用1979—2010年NCEP-R2再分析资料和全国586站降水资料, 对青藏高原感热通量进行小波变换和EOF分析, 并研究了它与江淮流域降水的关系。结果发现:高原感热通量具有2 a和8 a的变化周期。空间分布上主要有东、西反相变化和南、北反相变化以及全区一致性变化3种形态。高原感热通量与江淮流域降水异常的同期相关中, 1998年以来, 春季高原东部的感热通量偏小, 其他地区偏大, 与此同期江淮流域降水偏少;夏季西藏西部的感热通量偏小, 其他地区偏大, 与此同期江淮流域降水偏多。两者超前相关中, 江淮流域降水对春季的感热通量变化最敏感。1998年以来, 当春季高原东南部的感热通量偏小, 其他地区偏大时, 江淮流域的夏季降水偏多, 秋季降水偏少;当春季高原感热通量东部偏小, 西部偏大时, 江淮流域的冬季降水以长江为界南多北少, 次年春季降水偏少。     

比较NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料与观测资料计算得到的感热资料的差异

利用1951～2000年我国西北干旱、半干旱区地温、气温和表面风场逐日4个时次（北京时间2、8、14和20时）的台站观测资料,以及NCEP/NCAR和ERA-40再分析资料,计算并比较了在我国西北地区春夏季感热输送的差异。分析结果表明:NCEP/NCAR和ERA-40的感热输送再分析资料都能显示出我国西北地区是欧亚大陆上的感热中心之一。从年代际时间尺度上,ERA-40再分析资料的感热资料更接近于实际台站观测资料计算得到的感热资料。       

青藏高原中东部地区地表感热通量的时空变化特征

基于1970—2015年青藏高原地区78个站点的观测资料,应用物理方法计算了高原中东部地区的感热通量。利用小波分析、相关性分析等研究了高原中东部感热通量的时空特征和影响因子。结果表明,高原年平均和春夏季节,感热通量周期为3~4 a,而秋冬季节为2~3 a;感热通量的变化趋势为,1970—1980年和2001—2015年感热通量呈增加趋势,而1981—2000年呈减小趋势;高原年平均和各季节的最强感热加热中心均位于高原南坡E区（除冬季外),最弱加热区域位于高原西北部A区（夏季除外);高原春秋季节感热通量的空间分布均匀,冬夏季节有明显的梯度分布且梯度相反,夏季呈现自东到西的梯度;春季、夏季及秋季,高原感热通量和降水呈负相关;高原10 m风速的极值中心随季节北上南撤变化与地气温差的强弱变化共同决定了感热通量的季节变化。     

干旱区热力学粗糙度特征及对感热通量估算的影响

利用ＨＥＩＦＥ的实测资料估算了黑河实验区几个沙漠戈壁表面上的热力学粗糙度（以附加阻尼ｋＢ＾－１的形式）,发现在任一测站ｋＢ＾－１值的变化范围较大,同时分析了附加阻尼项在估算感热通量时的作用,而忽略该附加阻尼将会导致对感热通量的明显高估,提出在利用阻尼型公式计算感热通量时,不能采用简单的ｚ０ｍ＝ｚ０ｈ的假设,否则会带来较大误差。     

中国南方地表感热通量的时空变化

利用测站常规观测资料及经验公式计算得到我国南方地区地表感热通量资料,并分析了地表感热通量的时空变化特征。一年四季中,南方西部地区的感热通量基本都是呈线性增加趋势,而中、东部地区的感热通量则是线性减小的;南方地区感热通量的时间变化以年际变化为主。地气温差是决定地表感热通量逐年变化的最主要因子,近地面风速次之。地表感热通量年际分量的经验正交函数分解结果表明,四季感热通量异常的第一种主要变异模态皆为全区同号的分布型,而第二主要变异模则是呈东西反号的分布型。      

南亚夏季风爆发前后青藏高原地表热通量的长期变化特征分析

青藏高原作为世界第三极,其热力强迫作用不仅对亚洲季风系统的发展和维持十分重要,也会对大气环流场产生深远影响。利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA-Interim中1979-2016年3-10月青藏高原及其周边地区的地表热通量月平均再分析资料,通过分析得出以下结论:3-5月青藏高原主体由感热占据,感热强度快速上升且呈西高东低的分布态势,潜热强度较小但随时间而增强。季风爆发后的6-8月,青藏高原感热强度减弱,潜热强度迅速增强且呈东高西低的分布特征。季风消退后的9-10月,感热与潜热强度相当,但感热呈现出西高东低的分布特征。过去38年,青藏高原地表感热总体呈现微弱下降趋势,潜热呈较弱上升趋势。青藏高原西部地区感热呈微弱下降趋势,潜热呈上升趋势。东部感热呈较为明显的下降趋势且近年来变化趋势增强,东部潜热通量则呈现较为明显的上升趋势,分析结论与近期全球变暖条件下青藏高原气候变暖变湿这一变化状况一致,通过对青藏高原地表热通量的变化分析为下一步运用第三次青藏高原大气科学试验所获资料分析青藏高原上空大气热源的变化以及地表加热场如何影响大气环流奠定基础。      

陆气双向耦合模式中全球感热和潜热通量的时空特征模拟

利用中国科学院大气物理研究所(IAP/CAS)含有动态植被过程的海-陆-气耦合模式AVIlVI-GOAIS的积分结果,与ERA-40再分析资料的感热和潜热通量场进行对比分析,结果表明:AVIM-GOALS模拟的感热和潜热通量的气候态、季节变化等特征和ERA-40一致,其中感热通量的纬向分布为双峰型,而潜热通量从1～7月...     

基于敦煌戈壁站观测对几套再分析产品夏季地表感热通量的评估

西北干旱区是欧亚大陆夏季感热输送的高值区,此区域感热输送对东亚季风气候系统的变异有重要影响。然而,再分析资料的感热通量在此区域存在很大的不确定性,影响该地区感热变化对东亚区域气候影响的认识。本文基于敦煌戈壁站2001~2014年夏季的观测数据,评估了NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ERA-Interim和JRA-55这4套再分析产品的感热通量。敦煌戈壁站的感热通量是根据敦煌戈壁站常规观测数据和Y08方案计算得到,代表敦煌戈壁站的实际感热。结果显示,戈壁站夏季感热多年平均约为85.7 W m-2,但受局地降水的影响存在较大的波动;再分析资料的感热通量之间存在很大的不确定性,与观测相比,ERA-Interim的感热通量在大小和变化上好于其他再分析资料,在没有局地性降水的影响时比较接近观测。进一步分析了再分析感热与观测差异的原因。研究表明,再分析资料中的地表风速和地气温差与粗糙度设置和热力参数化方案相关联。各再分析资料均不同程度地低估了敦煌戈壁站的地气温差(观测值约6.5°C),这主要是由于再分析系统中对戈壁下垫面的粗糙度设置偏高以及热力参数化方案不太适用于戈壁下垫面造成的。相对而言,ERA-Interim的参数化方案在戈壁下垫面优于其他再分析产品的参数化方案,使得ERA-Interim的地气温差相对其他再分析资料更接近实际观测,感热通量较为合理。     

中国北方干旱区感热及潜热的异常特征

通过对1949—1999年逐月NCEP／NCAR感热通量和潜热通量再分析资料的分析，发现在我国北方干旱区感、潜热通量的年际变化存在着2～3个敏感区，分别位于西北和华北及内蒙一带。其中以东部的华北—内蒙区最为显著。代表上述两个地区通量的平均年际变化表明，在20世纪60年代后期，感、潜热通量存在一个突变；进入70年代以后，上述两个地区的感热通量保持在一个较高的水平上，潜热通量的变化则呈现出相反的变化。     

亚洲季风区地面感热通量的区域变化特征

采用1979－1995年（缺1986、1987、1993）NCEP／NCAR再分析资料中的逐旬感热通量资料，对亚洲季风区地面感热通量的空间结构及时间演变进行了旋转经验正交函数（REOF）分析。结果表明：印度半岛和中南半岛地区感势通量的变化与亚洲季风的爆发及演变有密切关系，是季风爆发的主要关键区。这两个地区的感热积累是东亚季风爆发的触发因素之一，尤其是印度半岛北部感热通量的突变对印度夏季风演变十分重要。印度半岛北部与青藏高原西部的热力差异在季风的爆发和维持中占有重要地位。而东北亚与西北太平洋的热力差异只对东亚夏季风的演变有影响，与冬季风则无直接关联。在东亚季风的爆发中居主导地位的还是印度半岛北部和青藏高原西北部的感热加热作用。     

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。     

地表感热的时空分布特征及其与邻近海洋海温异常的关系

利用1949—2000年NCEP／NCAR再分析资料中的地表感热通量资料,分析了全球地表感热的时空分布特征。结果表明：青藏高原地表感热是全球感热的主要部分,高原地表热源表现出明显的非均匀性,高原东西部热源呈反位相变化。高原西部、东部和北非地区是地表感热年际和年代际异常的关键区。SVD分析发现,高原东、西部感热异常与西北太平洋和赤道中印度洋的海温异常有很好的相关关系。     

人工神经网络在感热通量计算中的应用

感热通量计算方法的研究是边界层研究中最重要的内容之一。基于中日JICA计划项目中青藏高原东缘四川盆地温江站的边界层铁塔观测资料初步研究了使用人工神经网络(ANN)计算边界层感热通量的方法,并将ANN和经验公式法计算得到的感热通量分别和真值作相关和误差分析。对2009年4月和5月的两个个例研究的结果表明:ANN计算结果和真值的相关性都高于经验公式法且趋势变化和真值更加吻合,ANN计算的2009年4月的感热通量与真值的均方根误差(RMSE)稍大于经验公式法,但2009年5月的RMSE明显小于经验公式法。     

Variability of Surface Sensible Heat Flux over Northwest China

The present study documents the variability of surface sensible heat flux over Northwest China using station observations for the period 1961 2000.It is found that the afternoon and nighttime sensible heat flux variations are remarkably different.The variability of the instant flux in the afternoon is much larger than in the nighttime.The afternoon and nighttime flux anomalies tend to be opposite.The diurnal and seasonal dependence of sensible heat flux variations is closely related to the diurnal cycle of mean land-air temperature difference.The relationship of sensible heat flux with land-air temperature difference based on the instant value differs from that based on the daily mean.The present study indicates the importance for the models to properly simulate mean land-air temperature difference and its diurnal and seasonal variations in order to capture surface sensible heat flux variability over Northwest China and predicts its plausible impacts on climate.     

Deduction of the Sensible Heat Flux from SODAR Data

A new method for deduction of the sensible heat flux is validated with three sets of published SODAR （sound detection and ranging） data. Although the related expressions have previously been confirmed by the author with surface layer data, they have not yet been validated with observations from the boundary layer before this work. In the study, selected SODAR data are used to test the method for the convective boundary layer. The sensible heat flux （SHF） retrieved from SODAR data is found to decrease linearly with height in the mixed layer. The surface sensible heat fluxes derived from the deduced sensible heat flux profiles under convective conditions agree well with those measured by the eddy correlation method. The characteristics of SHF profiles deduced from SODAR data in different places reflect the background meteorology and terrain. The upper part of the SHF profile （SHFP） for a complicated terrain is found to have a different slope from the lower part. It is suggested that the former reflects the advective characteristic of turbulence in upwind topography. A similarity relationship for the estimation of SHFP in a well mixed layer with surface SHF and zero-heat-flux layer height is presented.     

卫星遥感结合气象资料计算的青藏高原地面感热特征分析

本文选取1981年7月至2012年12月美国国家航空和航天局（NASA）制作的归一化的动态植被指数（NDVI）资料、根据NDVI值计算地表热力输送系数（C_H）的参数化关系式（C_H-I_NDV）和青藏高原70个常规气象观测资料,计算了青藏高原全区的逐月地表热力输送系数（C_H）,讨论了其时空分布特征,并在此基础上计算了高原70个常规台站的感热通量（SSHF）序列,并与已有感热资料进行了对比。随后,探讨了地面感热通量的气候特征及其年际变化与气候因子的关系。结果表明:高原地区的C_H值具有明显的空间差异和季节差异,表现为东高西低、夏季大、冬季小的特点。感热的年际变化在冬季主要响应于地气温差的变化,夏季则受地面风速影响较大;由于风速减小趋缓,地气温差增大,变化趋势在2003年前后由减弱趋势转变为增强趋势,这种趋势的转变最早发生在2001年秋季,且在高原全区具有较好的一致性。     

中国土壤热通量的时空分布特征研究

利用中国生态系统研究网络(CERN)的17个野外台站2004～2007年的实测土壤表层热通量资料,分析了土壤表层热通量的季节和空间变化规律。土壤热通量从2月份开始由负值转变为正值,9月份左右开始由正值转变为负值,在3～8月份土壤热通量的值都为正值,12月至次年1月土壤热通量都为负值。空间分布上,东北地区和西北地区季节变化明显,年变幅比较大,长江流域地区夏季增加幅度小,年变化幅度也比较小,青藏高原地区四季都相对为低值地区,年变幅比较小,总的空间变化趋势是春夏季北高南低,秋冬季节南高北低。土壤热通量年合计值在东北黑土地地区、西北荒漠地区、黄土高原陕北地区和四川盆地地区是高值区,长江流域下游和黄河流域中下游冲积而成的区域为负值区。研究结果为进一步研究土壤的生态环境形成和变化提供了参考依据。     

北非和青藏高原感热振荡特征及与我国东部夏季降水的关系

利用EOF方法,分析了NCEP/NCAR 1948—2002年再分析资料中月平均全球地面感热资料,揭示了北非和青藏高原感热的振荡特征。分析了振荡关键区的感热距平与我国东部51个测站1951—2000年汛期降水距平的相关关系,用SVD方法分析了关键区感热距平场与我国东部51个测站全年各月降水距平场的空间耦合和时滞关系及关键区感热异常对我国东部降水异常的影响。结果表明,北非和青藏高原两个区域的感热变化呈负相关,它们对我国华北、江淮和华南三个区域的汛期降水滞后影响明显。感热对我国降水的影响以年代际为主。