稀疏植被下垫面与大气相互作用研究进展

介绍了国家自然科学基金委员会“十五”重点项目“稀疏植被下垫面与大气相互作用研究”的成果。通过资料分析、数值试验和理论分析。研究干旱地区稀疏植被复杂下垫面上水、热及CO2输运过程的机理;非均匀下垫面的复杂非线性线效应：干旱地区更合理的陆面过程参数化方案以及绿洲的稳定性;强沙尘暴的发展机制和干旱地区生态环境建设对策,主要结果表明：（1）揭示了植物生态生理过程、净第一生产力和生物量对气候的敏感性,为稀疏植被下垫面与大气相互作用研究提供了较好的接口。（2）发展了适用于干旱、半干旱地区土壤中水热输送交叉耦合的物理模型;以能量和物质守恒定律为基础的雪盖物理模型,它显著地改善了陆面过程的模拟效果,是国际上最早开发的同类模型之一。（3）发展了大气非平衡态热力学,证明了非线性区普遍成立的最小熵产生原理,为研究气候和环境复杂系统提供了新思路和新方法;提示了大气辐散和辐合运动对垂直湍流输送的影响,非均匀下垫面地气相互作用,为非均匀下垫面陆面过程参数化提供了物理基础;研究了绿洲稳定性并估算了绿洲临界尺度约3～6km,为绿洲保护和建设提供了理论依据;提出了干旱地区有限水资源条件下增强其稳定性抗干扰能力的生态环境建设对策。（4）发展了强沙尘暴发展的动力学模式,揭示了强沙尘暴发展辐射冷却的正反馈机制。展示了强沙尘暴预报的良好前景。     

黄土高原丘陵沟壑区春季山顶果园最低气温推算

利用2020年4月24日延安159个气象站日最低气温数据,通过多元线性回归分析和投影寻踪回归方法,对处于丘陵沟壑区的延安山顶果园日最低气温进行推算。结果表明：投影寻踪回归方法比多元线性回归方法的拟合误差小,尤其对延安北部的拟合效果好,显著降低了苹果花期冻害等级,投影寻踪回归方法拟合的最低气温符合实际冻害灾情。     

肇庆两次持续低温过程的比较分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR的再分析资料从天气特征、大尺度环流及拉尼娜事件的影响等方面对2008年和2011年初肇庆发生的两次持续低温过程进行比较。结果表现:2008年过程的主要冷害天气为低温阴雨,2011年为低温、霜冻和冰冻。两次持续低温过程的环流特征共同点是西伯利亚冷高压中心和500 hPa中高纬槽脊都较常年偏强。不同点则是2008年过程中南支槽活跃,副热带高压偏强,联合向北输送的暖湿空气与北方不断南下的冷空气在我国南方汇合,造成持续的低温阴雨天气;2011年的过程中东亚大槽位置较为偏东,副热带高压异常偏弱,中低纬的环流较为平直,850 hPa暖湿气流不明显,且蒙古高压和阿留申低压异常偏强,有利于东亚冬季风的加强,导致过程降水也不明显。此外,分析结果还显示,在中等强度以上,且为东部型的拉尼娜事件背景下,肇庆在冷事件结束年的年初容易发生持续时间较长的低温寒冷天气。     

应用涡动相关法计算水热、CO2通量的国内外进展概况

目前涡动相关法被认为是国内外测定CO2、水热通量的最可靠方法。国外应用此方法解决了均匀下垫面假设下森林和农田等生态系统的CO2、水热通量的计算问题，目前致力于非理想下垫面（真实地形）的CO2、水热通量的计算。而国内应用涡动相关技术起步较晚，用此方法测定水热通量已有一定的知识积累，但测定CO2通量还处于资料收集阶段。我国自然生态系统、环境外交和社会经济可持续发展都要求精确查明我国CO2的时空变化特征和动力学机制，这应是今后研究的重点，并提出了应用该方法存在的主要问题及可能的解决方法，指出值得深入研究的领域。     

湿位涡和Q矢量与西北东部暴雨关系的分析

应用湿位涡理论和Ｑ 矢量分析方法,研究了位于发生在副高边缘青藏高原东侧复杂地形条件下一次暴雨过程。通过对湿位涡、Ｑ 矢量散度、涡度和锋生函数等物理量分布特征的诊断,发现造成西北东部暴雨的内在机制, 是一次大环流形势调整后的西太平洋副热带高压西伸北抬,与新疆东移冷空气在其边缘交绥抬升时切变辐合带强烈发展,从而激发前期堆积的不稳定能量释放,并提出了在数值预报产品释用业务中应用湿位涡及Ｑ 矢量场作暴雨落区预报的着眼点。     

陆面网格尺度变换时植被类型处理方法的探讨

针对陆面模式与大气模式耦合, 对比分析了模式网格点上多种植被并存和单一植被两种情况下的计算结果, 同时给出了网格元上地表有效温度、地表有效感热和潜热通量等的计算方案。试验使用SSiB陆面模式并以HAPEX-MOBILHY资料作为气象强迫场。试验结果表明:如果将网格元上多种植被类型归类成同一种植被类型, 模式对有效地表温度、感热和潜热通量等的计算结果与考虑多种植被类型的结果有很大差异。根据实际情况, HAPEX-MOBILHY试验区40%为森林, 60%为混合农业区, 如果根据一般的植被类型归类法, 将该试验区全部看作草地, 其积分结果与将该试验区看作40%为落叶针叶林和60%为草地的积分结果也存在一定的差别; 虽然有些植被类型在网格元上所占的覆盖面积较小, 但它却对网格元上地表通量的计算有较大的贡献。该研究对今后陆面模式耦合工作有一定的指导意义。     

陆面模式SSiB耦合TOPMODEL对流域水文模拟影响的数值试验

为了检验陆面模式SSiB耦合TOPMODEL模型对流域水量平衡模拟结果的影响,用原始SSiB与TOPMODEL按饱和区和非饱和区两种方案耦合的耦合模型(下称SSiBT)进行长江下游青弋江流域水文的数值试验,通过耦合模型与原始SSiB模式模拟结果的比较,并利用流域实测逐日流量和水量平衡资料,揭示了流域水文模拟结果对SSiB耦合TOPMODEL的响应和原因.结果表明:(1)与原始SSiB的模拟结果相比,SSiBT增加了土壤湿度的模拟结果和各层土壤湿度之间的差异,流域蒸散发增加而总径流减小.(2)原始SSiB不能准确地将径流在地表径流和基流之间分配,对于较小的土壤饱和导水率,原始SSiB产生过多的地表径流和洪峰流量;对于较大的土壤饱和导水率又产生过多的基流和明显偏小的洪峰流量.(3)即使土壤饱和导水率大到不会产生超渗产流,由于饱和区的存在,SSiBT在洪水期间也能产生足够大的地表径流,从而形成洪峰流量.由于考虑了地形引起的土壤湿度空间非均匀形成的饱和区产流,SSiBT改善了雨季逐日流量的模拟结果.     

江西干旱期间人工增雨天气条件与潜力区分析

通过对江西干旱期间的天气条件、气柱水汽量、对流云回波(云顶高、强度等)特征、作业技术方法等进行分析与研究,得出江西省人工增雨作业的基本技术数据和指标,为江西省开展人工增雨抗旱作业提供科学依据.     

陆面过程研究的进展

文中首先阐述陆面过程研究的必要性和复杂性。然后，对陆面过程研究的任务和内容作了较详细的说明，进而对陆面过程研究的进展现状和未来发展方向作了讨论。     

自动观测与人工观测相对湿度比对分析

为了确定现有相对湿度自动观测与人工观测数据是否具有可比较性以及它们之间的偏差情况,利用全国保留人工观测的8个国家基准气候站2007—2013年的自动与人工观测相对湿度的整点资料进行比对分析,结果表明:自动气象站相对湿度的观测结果系统性低于人工观测结果,且随着相对湿度增加,两者系统偏差增大,系统偏差为-5.69%~-0.1%,标准偏差为2.02%~4.71%;夏季自动观测与人工观测相对湿度的差异最大且与环境风速有关,在低风速下自动观测与人工观测差异较大,随着风速增大,差异逐渐减小;气温对相对湿度观测也有一定影响;两类观测逐小时数据未见明显的时间差异;自动观测与人工观测相对湿度偏差,清晨相对湿度较高时高湿地区台站偏差较大,下午相对湿度低时偏差较小。