Energy balance above a boreal coniferous forest: a difference in turbulent fluxes between snow‐covered and snow‐free canopies

To evaluate the interactive effects of snow and forest on turbulent fluxes between the forest surface and the atmosphere, the surface energy balance above a forest was measured by the eddy correlation method during the winter of 1995–1996. The forest was a young coniferous plantation comprised of spruce and fir. The study site, in Sapporo, northern Japan, had heavy and frequent snowfalls and the canopy was frequently covered with snow during the study period. A comparison of the observed energy balance above the forest for periods with and without a snow‐covered canopy and an analysis using a single‐source model gave the following results: during daytime when the canopy was covered with snow, the upward latent heat flux was large, about 80% of the net radiation, and the sensible heat flux was positive but small. On the other hand, during daytime when the canopy was dry and free from snow, the sensible heat flux was dominant and the latent heat flux was minor, about 10% of the net radiation. To explain this difference of energy partition between snow‐covered and snow‐free conditions, not only differences in temperature but also differences in the bulk transfer coefficients for latent heat flux were necessary in the model. Therefore, the high evaporation rate from the snow‐covered canopy can be attributed largely to the high moisture availability of the canopy surface. Evaporation from the forest during a 60‐day period in midwinter was estimated on a daily basis as net radiation minus sensible heat flux. The overall average evaporation during the 60‐day period was 0·6 mm day⁻¹, which is larger than that from open snow fields. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

Influence of Turbulence Intensity and Turbulence Length Scale on the Drag, Lift and Heat Transfer of A Circular Cylinder

Influence of the turbulence intensity and turbulence length scale on the hydrodynamic characteristics and heat transfer of a circular cylinder, streamlined by a viscous fluid flow, is numerically studied. We take the Reynolds number of the oncoming flow equal to 4×10⁴, the turbulence intensity Tu_f and the dimensionless turbulence length scale L_f varying from 1.0% to 40% and from 0.25 to 4.0, respectively. We confirmed that the increase of Tu_f leads to the suppression of the periodic vortex shedding from the cylinder surface, and as a result the stationary mode of streamlining is formed. Consequently, with the increasing turbulence intensity directly in front of the cylinder Tu^*, the amplitude of the lift coefficient decreases monotonically. Nevertheless, the time-averaged drag coefficient of the streamlined cylinder decreases at Tu^*<6.0%, and increases at Tu^*>9.0%. The dependence of the average Nusselt number on Tu^* is near-linear, and with the increasing turbulence intensity, the Nusselt number rises. However, the change of the average Nusselt number depending on L_f is non-monotonic and at L_f=1.0, the value reaches its maximum.     

基于LAS观测的城镇感热通量时空特征及影响因素

利用2018年4月—2019年4月南京盘城大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)观测数据,分析了城镇感热通量的时空变化特征及影响因素。结果表明:1)南京城镇感热通量呈单峰型日变化特征,白天明显大于夜间,且白天晴天明显大于阴天,夜间晴天略小于阴天,晴、阴天小时感热通量年平均分别在2.25～200.53 W·m^-2、13.10～132.52 W·m^-2波动。2)城镇感热通量夏季明显大于冬季,8月昼、夜分别为112.19、23.54 W·m^-2,2月昼、夜分别为35.57、11.57 W·m^-2。3)晴天白天条件下,不同风向(通量贡献源区)城镇感热通量存在显著差异,即随着不透水层占比的增加,净辐射分配到感热通量的比例明显提高,当占比大于60％时提高趋势不明显。4)以莫宁-奥布霍夫长度判断大气稳定度为标准,C²_n法在计算感热通量的5种大气稳定度判断方法中的误判率较低且数据源于LAS,是比较适宜城镇夜间大气稳定度的判断方法。5)在影响城镇感热通量的地表参数中,有效高度变化的影响最大,风速变化的影响较大特别在秋冬季节更为明显,波文比变化对城镇感热通量的影响较小,温度、地表粗糙度和零平面位移变化的影响可忽略不计。     

一个诊断极区平流层温度变化的近似方程的检验及应用

根据一个诊断极区平流层温度变化的近似方程及其滑动累加计算方案,采用1980—2000年的MERRA-2再分析日资料计算了北半球极区低平流层100 hPa逐月的温度增量项、动力加热项和非绝热加热项,以及各项的线性趋势。结果表明,各月温度增量项与累积的动力和非绝热加热之和在气候平均的年循环意义上接近平衡,而且它们的趋势也近似平衡。进一步通过多元回归,得到了动力和非绝热加热作用对当前月温度趋势的分别贡献,动力作用是北极低平流层冬季温度趋势的主导因素并且在冬季内不一致,而非绝热作用在其他季节是主导因素。     

南海西南季风期NCEP2湍流热通量的质量分析

以5次南海现场观测试验数据(Xisha2002,Xisha2000,Xisha1998,Kexue 1和Shiyan 3)为参照,对NCEP2再分析资料中湍流热通量在南海西南季风期的精度进行了评估.结果表明NCEP2估算的潜热通量的平均值在试验Xisha2000,Xisha1998,Kexue 1和Shiyan 3期间分别高估了6(11%),2(2%),7(7%)和13W/m2(16%),而在Xisha2002试验中低估了10 W/m2(11%).在5个试验中低估的感热通量分别为7(130%),3(64%),7(170%),5(53%)和5 W/m2(72%).NCEP2与5个现场观测试验的时间序列的相关系数均没有达到95%的置信度.模式中湍流热通量损失的误差来源于基本变量和算法,基本变量中以海表温度和海面风速的误差产生的影响最大.应用COARE2.6a算法和NCEP2的基本变量重新计算的湍流热通量更加符合物理意义.     

台湾以东黑潮流量变异与冬季西北太平洋海洋-大气相互作用

通过对历史资料进行奇异值分解、合成分析及相关分析,揭示了对应冬季台湾以东黑潮流量增强(减弱)时,西北太平洋海区异常失热(得热),北太平洋(北纬20°N以北)上空500hPa位势高度负异常(正异常);进一步证实了冬季西北太平洋海洋-大气相互作用是一个正反馈过程;发现了冬季台湾以东黑潮的暖平流作用可能是维持该正反馈过程进行的一个必要条件;通过超前和滞后相关及合成分析,提出从10月开始,台湾以东黑潮流量异常形成的暖平流作用会对冬季西北太平洋海区海洋-大气相互作用有贡献。     

海底热流原位测量技术研究

海底热流测量对于海洋地热学基础研究与天然气水合物等新兴海洋矿产资源勘测具有重要意义。海底热流原位测量是现代海底热流探测技术的发展方向。针对我国目前在该项技术的落后局面,通过对现存几种热流原位测量技术的原理与技术特点的对比与分析,指出了我国未来发展海底热流测量技术的方向与重点。     

地壳根、造山热与岩浆作用

简要讨论了近年来造山带及其岩浆作用研究的主要进展。造山带流变学结构与造山热和岩浆作用有着密切的耦合关系。年轻的山带往往存在地壳根,但古老的山带地壳根是否存在,取决于造山带的热状态和榴辉岩化的强度,只有缺乏流体和冷的造山带才保留有地壳根,例如古生代的南乌拉尔山和北美前寒武纪的南Trans-Hudson造山带。造山带的伸展塌陷往往伴随着幔源岩浆底侵、地壳软化、隆升和强烈岩浆作用。由于地幔浮力和造山热的作用,一些山带具有高的海拔和薄而热的地壳,属于具有长期活动性的构造带。研究表明,这些具有长期活动性的构造带,是建立在以前形成的热的、软化了的弧后区内。中国昆仑—秦岭—大别造山系北缘,古生代时期发育了与俯冲有关的弧岩浆带,而南缘发育了相近时代的与弧后伸展有关的双峰式岩浆带,构成古生代双岩浆带。该造山系早中生代的造山作用,就是在南缘的古生代弧后岩浆带基础上发展起来的。因此,该双岩浆带提供了造山热控制复合造山作用的实例。     

西北地区城市化对城市气候环境的影响

以西北地区五个省会城市所在的地区为研究区域,分析了近50年西北地区城市气候的变化趋势,考察了城市发展对气候的影响,发现西北地区大城市存在显著的热岛效应、雨岛效应、干岛效应和暗岛效应。在此基础上建立了城市发展与城市气候变化之间的回归模型,证明西北地区城市发展对气候的影响不完全符合库次涅茨曲线特征。     

北京城市化进程对城市热岛的影响研究

利用1971～2000年北京20个气象观测站逐日４个时次（02:00、08:00、14:00、20:00）的温度资料,选取具有代表性的城区和郊区多个站点的平均值对北京城市化进程对城市热岛效应的影响、城市热岛强度的日变化和长期变化进行了研究.分析结果指出：（1）北京城市热岛强度和总人口对数呈线性相关关系,其长期变化相关系数为076;（2）北京城市建成区的范围与城市热岛影响范围呈同步变化趋势;(3)不同时次城市热岛强度的长期变化指出,北京城市热岛强度以平均每10年022℃的速率加剧,其中1999年北京热岛强度达113℃（夜间,02:00）;(4)夜间热岛强度明显大于日间.就10年平均而言, 20世纪80年代和90年代夜戒热岛强度均超过05℃;(5)一天4个时次热岛强度的季节变化趋势基本一致,均表现为冬季强、夏季弱.并且,夜间02:00时热岛最强,中午14:00时热岛最弱.