绿洲附近荒漠大气逆湿的外场观测和数值模拟

用ＨＥＩＦＥ实验观测资料,给出了临近绿洲的荒漠大气比湿廓线的一些特性。并且用发展的二维中尺度土壤一植被一大气连续体数值模式模拟了绿洲及其临近荒漠大气的湿度廓线结构,再现了荒漠大气的逆湿,得到了荒漠大气比湿廓线几种典型形式及其表现规律,初步解释了荒漠大气逆湿形成的物理过程和机制。     

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。     

黑河地区近地面层辐射和温度的适用性模拟研究

为了检验中尺度区域大气模式在中国高原复杂下垫面区域气候模拟中的适用性,文中采用该模式在40余种不同的初始参数条件下模拟了1991年6月20日至7月20日黑河区域的近地面辐射收支平衡和空气温度。并分析了中尺度区域大气模式应用于中国西北部大起伏地形和高原地区复杂下垫面(HEIFE)的模拟能力。结果表明,在仅使用NCEP再分析资料、探空资料和常规地面观测资料(RAMS标准输入),而不根据当地特征调整区域大气模式初始参数的情况下,对近地面层的辐射收支和空气温度具有一定的模拟能力,但可能引发较大的误差;特别是地面向上长波辐射通量和2 m空气温度,其模拟结果与实测结果相差甚远。只有合理地调整模式的初始参数,主要是初始土壤层的温度和湿度,才能得到与实测资料符合良好的结果;而要进一步地模拟出这些物理量在复杂天气情况下的细致变化,则需要把土壤深度扩大到4 m左右,并使用较为可靠的数据初始化垂直非均匀的土壤湿度。     

Water and Heat Transport in the Desert Soil and Atmospheric Boundary Layer in Western China

In order to understand the exchange and transferprocesses of water and energy in the desert soil andthe atmospheric boundary layer (ABL), we have developeda coupled model, in which a desert soil modelincluding water movement of both liquid and vapourphase, and an ABL model based on a non-local transilientturbulence closure scheme, are coupled together. Withthis model, the evolution of potential temperature andspecific humidity, the distribution of net radiationamong sensible, latent and soil heat fluxes, and thewater and heat flux profiles both in the soil and ABLhave been simulated. The HEIFE (HEIhe River Basin FieldExperiment) observational data are used to calibrate calculation of the water and heat flux both in thesoil and the ABL. The sensible and latent heatfluxes warm and moisten the bottom grid box (100m) of theABL. In this way the ABL model and the desert soil model are coupled together.The simulated results show that when the flux of watervapour in the soil is neglected, the evaporation rateand the flux profiles of specific humidity in the ABLshow great changes, hence the importance of watervapour movement in the desert soil for the calculationof specific humidity in the ABL. In the upper 5cm of thesoil, which is called an active layer, water andheat transport are more effective than in the substrate(soil below 5 cm).     

黑河实验数据库（HDB）

本文综述了黑河实验数据库的建立过程及其技术措施，并简单介绍了ＨＤＢ的内容和科学价值，总结了ＨＤＢ建立过程中的经验，这对今后类似数据库的建立，用户如何有效使用ＨＤＢ的数据有一定的参考价值，对于人们进一步了解ＨＤＢ并充分发挥ＨＤＢ在我国科学研究中的作用有一定的指导意义。     

黑河实验（HEIFE）的一些研究成果

本文回顾了黑河实验（ＨＥＩＦＥ）的执行情况，总结了到目前为止的主要研究成果。得到了干旱地区陆面过程地表参数、地表能量平衡特征和湍流通量参数化的结果。同时得到了干旱地区陆面过程的物理机制同湿润地区有质的差异这一认识：同湿润地区不同，干旱地区地表蒸散和植被过程并不是地表能量平衡中的控制因子，因为感热并不输送到自由大气仅是大气边界层的强迫因子；而潜热输送给自由大气并且潜热的释放是大气环流的主要能源，但干旱地区很少或没有水汽和潜热输送到自由大气，所以干旱地区自由大气不能从地面得到热能；地表反射率大和向上长波辐射强致使净辐射亏损大；基于以上原因，干旱地区可能是一个水汽输送和热能的“汇”。这些结果使我们能更好地理解干旱地区的陆面过程。黑河实验的结果以系统的观测事实证实了绿洲的冷岛效应，临近绿洲沙漠的逆湿现象，即夏季白天常常是绿洲有感热向下输送，临近绿洲的沙漠有水汽向下输送。这些结果揭示了绿洲和沙漠环境相互作用的较完整图像     

Turbulent characteristics and bulk transfer coefficients over the desert in the HEIFE area

Observations of surface-layer turbulence and turbulent fluxes were made over a desert in northwestern China as a part of HEIFE (HEIhe river Field Experiment). These show that the normalized variations of the vertical wind component and of the air temperature obey Monin-Obukhov similarity well, especially in free convective conditions. However, the variations of specific humidity do not obey Monin-Obukhov similarity.Mean bulk transfer coefficients of sensible heat and momentum flux are obtained as functions of stability over a wide stability range from the observed data of turbulent fluxes and mast profiles. However, the bulk transfer coefficient for water vapor could not be obtained because of the large scatter of the data. In free convective conditions, the sensible heat flux was found to be approximately proportional to the 1.4 power of temperature difference between the surface and 20m. The bulk transfer coefficient of sensible heat is also obtained as a function of the bulk Richardson number for practical convenience.     

大气沙尘辐射特性的卫星观测

对１９９１年３－５月在ＨＥＩＦＥ实验区过境的１０次ＡＶＨＲＲ测量资料和同期大气浑浊度观测资料的分析结果表明,ＡＶＨＲＲ资料可用于大气沙尘对地系统辐射能收支影响的研究。     

HEIFE非均匀陆面上区域能量平衡研究

卫星遥感在研究非均匀陆面上地－气间能量和水循环过程时有其独到的作用。本文介绍了一种利用陆地资源卫星ＴＭ资料进行非均匀陆面上区域能量平衡研究的参数化方案。以两个景的ＴＭ资料（１９９１年７月９日,夏季;１９９１年１０月２９日,近冬季）为个例,结合“黑河实验”（ＨＥＩＦＥ）期间的地面观测资料分析研究了实验区非均匀陆面上地表特征参数（地表反射率、标准化差值植被指数和地表温度）及能量平衡各分量（地表净辐射通量、土壤热通量、感热和潜热通量）的区域分布及季节差异,同时将所得的结果与地面观测的“真值”作了比较。结果表明：（１）由于黑河实验区下垫面状况十分复杂,戈壁、沙漠与绿洲交错分布,故在整个实验区内各地表特征参数及能量平衡各分量的分布范围亦比较宽;（２）地表特征参数及能量平衡各分量在实验区的绿洲、戈壁及沙漠上各有其特定的代表值;（３）地表能量平衡各分量的区域平均值在整个实验区内基本平衡;（４）夏季与近冬季的地表特征参数及能量平衡各分量的分布特征存在着显著差异。所得的这些结果与地面观测的“真值”和局地研究的结论基本一致。这些分析对非均匀下垫面中尺度模式陆面过程参数化方案的建立以及模式预报效果的检验都具有不可缺少的重要意义。     

TURBULENCE STRUCTURE AND TRANSFER CHARACTERISTICS IN THE SURFACE LAYER OF HEIFE GOBI AREA*

Based on the HEIFE 1988 and 1990 pilot observations,an analysis on the turbulence structure of Gobi surface layer,mainly on the similarity formulations of wind and temperature variances,the spectra and cospectra characteristics,is presented.The phenomenon of downward water vapor flux over Gobi desert in daytime is confirmed in both observations,this and the well-known‘oasis effect’are two sides of a local mesoscale circulation.