用于非均匀地表通量估计的一种积分算子

在文献[1]的基础上,将Giorgi(1996)提出的通量计算方案进一步推广为非对称分布的简化形式,求得非均匀地表区域平均通量。以土壤水分饱和度为例,求解出土壤水分通量区域值的数学解析解形式,用随机仿真数据和实测资料对该方案进行数值模拟试验,验证其适用性。     

地表非均匀性对区域平均水分通量参数化的影响

次网格尺度地表非均匀性对于网格区平均通量具有重要影响。若将网格区视为均一地表，并不能真实描述地-气通量交换过程，且可造成很大误差。文中从理论上证明，区域平均水分通量的变化率可分解为两部分：第一部分为区域水分通量的算术平均变化率；第二部分为非均匀性所引起的水分通量变化率扰动，它与区域内土壤水分空间分布的变差系数有关。数值试验表明，地表土壤水分的水平空间变差系数集中反映了区域内土壤水分分布的非均匀程度，不同土壤对同样的非均匀程度其敏感性是不同的。变差系数愈大，非均匀性愈强，在相同的土壤水分平均值下，不同土壤类型对地表非均匀程度的敏感性并不相同。例如沙土和粘土受非均匀性的影响就可相差数十倍。     

非均匀地表陆面过程参数化研究

地表固有的非均匀性影响近地层大气的垂直结构,甚至改变局地天气条件,亦使得大气数值模式大尺度网格面积水热通量的计算对其具有较强的敏感性。为了提高气候模式性能,非均匀陆面过程参数化已是当前大气边界层和陆面过程模式研究的热点和难点问题之一。本文在调研国内外大量文献的基础上,综述了近年来非均匀地表陆面过程参数化的研究现状,分析和比较了不同的参数化方法的优缺点以及数值模式模拟结果对它们的响应,提出了目前尚待继续探讨和解决的几个关键性问题。     

湿润气候区无资料站点土壤湿度插补及预报试验

利用前期降水指数法(API)并结合水量平衡方程提出一种土壤湿度的初始化方案,将所建模型用于湿润气候区无资料站点的土壤湿度插补与预报试验,证明其应用的可行性。     

GPS应用与大气三维结构监测技术研究

本项目主要就如何利用全球卫星定位系统(GPS)精确监测大气层水汽总量、如何将不同方法结合监测高原水汽总量、大气水汽资料的应用和稳定同位素分析技术在水汽源诊断等方面开展了研究,取得以下主要研究成果:     

考虑植被的热惯量法反演土壤湿度的一次试验

应用NOAA／AVHRR通道1、通道2和通道4资料计算表观热惯量和植被指数，并结合农业气象试验站观测的土壤湿度，分别建立了传统的和考虑植被指数的表观热惯量估算实验区域土壤湿度的方程。     

基于降水气候强迫的一种地表径流估计方法

文中从地表水分平衡的物理机制出发 ,引进降水概率统计分布理论 ,推导出一种由降水气候强迫形成的次网格尺度非均匀径流率计算方法。应用于mosaic方案 ,可进一步计算区域平均径流及产流和汇流。试验证明 ,对于不同物理性质的地表而言 ,由于其土壤入渗能力的差异 ,相同降水气候强迫所能生成的径流量及其相对比值是不同的 ,例如干旱区与湿润区就有很大差异。同时 ,不同空间分布概率的降水量 ,不同站点的地表性质、土壤水力学条件等物理因素的千变万化 ,可使径流特征的空间分布具有很大变异性。因上述各种因素的综合影响 ,由降水气候强迫所形成的地表径流具有特定的非均匀分布是必然的。文中用实测资料验证了其可靠性与可行性     

不同时间尺度下的稳定同位素变化

根据北半球IAEA／WM0监测网12个具有长序列站点的资料，分析了在不同时间尺度下降水中δ^18O的时空变化特征，被选出的12个取样站都存在显的降水量效应，δ^18O／降水量变化率的大小与降水量存在一定程度的反比关系，降水量效应不仅与产生降水的强对流现象相联系，而且与降水量的季节分布有关，在年尺度下，12个站中的11个站具有一定程度的温度效应，相对而言，位于中低纬度取样站的平均δ^18O／平均温度变化率大于中高纬度，与单站相比，合计的δ^18O和温度之间的正相关关系要显得多，说明δ^18O的年际变化主要受大尺度气象条件的制约且反映大尺度空间的环境和气候变化。分析表明，12个站合计的年加权平均δ^18O和合计的年平均温度的逐年变化具有较好的一致性。     

乌鲁木齐河流域不同水体中的氧稳定同位素

The variations of the stable oxygen isotope in different water mediums in Urumqi River Basin, China, are analyzed. The stable oxygen isotope in precipitation has marked temperature effect either under synoptic or seasonal scale at the head of Urumqi River. The linear regression equations of δ^18O against temperature are δ^18O=-0.94T-12.38 and δ^18O=1.29T-13.05 under the two time scales, respectively. The relatively large δ^18O/temperature slopes show the strong sensitivity of δ^18O in precipitation to temperature variation at the head of Urumqi River. According to the analyses on the δ^18O in precipitation sampled at three stations with different altitudes along Urumqi River, altitude effect is notable in the drainage basin. The δ^18O/altitude gradients have distinct differences: the gradient from Urumqi to Yuejinqiao is merely -0.054‰/hm, but -0.192‰/hm from Yuejinqiao to Daxigou, almost increasing by 2.6 times over the former. No altitude effect is found in surface firn the east branch of Glacier No. 1 at the head of Urumqi River, showing that precipitation in the glacier is from the cloud cluster with the same condensation level. Influenced by strong ablation and evaporation, the δ^18O in surface firn increases with increasing altitude sometimes. Survey has found that the δ^18O in meltwater at the terminus of Glacier No. 1 and in stream water at Total Control have the similar change trend with the former all smaller than the latter, which displays the different runoff recharges, and all mirror the regime of temperature in the same term basicallv.     

东北地区夏季旬土壤水分推算模型的初步探讨

利用东北地区1993—2009年6—8月旬土壤湿度资料,首先采用CAST聚类法对该区域土壤湿度进行气候分区,再以土壤水量平衡原理为依据,在考虑有物理意义的影响因子基础上,分别对每个分区建立统计回归模型,并验证模型的适用性。结果表明:模拟精度在78.8%～88.2%之间,该模型对于东北地区夏季的旬土壤湿度具有一定的推算能力,可以作为一种可应用的模拟方法。