WRF微物理和边界层组合方案对气旋过境海气通量模拟的敏感性研究

利用中尺度模式WRF (Weather Research and Forecasting Model)3.2版本模拟了一次冬季温带气旋过境过程,分析海气通量模拟对9种微物理方案和3种行星边界层方案的敏感性。LIN方案和YSU方案组合实验模拟出的平均风速最大,WSM3方案和ACM2方案组合平均风速最小。总体上,边界层方案对感热和潜热模拟的影响大于微物理方案的影响,风暴过境前,各实验模拟的海气通量对参数化选择不敏感;风暴期间,不同边界层参数化方案风速模拟差异较大,气温也存在差异,从而导致感热模拟差异较大;风暴过后,不同参数方案感热和潜热模拟差异较大,主要由于风速、气温和比湿综合作用导致。各种组合模拟出的海气通量均存在系统误差,这主要受近地面边界层方法限制,因此WRF 3.2还需进一步改善。     

毛乌素沙地樟子松人工林热量平衡的研究

通过对樟子松林地的气温、湿度、风速、地温等气象因子的测定,采用微气象法求得樟子松林地热收支日变化进程及热量平衡方程。结果表明：净辐射日总量为１３９．５７Ｗ／ｍ２,主要用于蒸散耗热,即潜热输送（８７．８７Ｗ／ｍ２）远大于感热输送（３６．１６Ｗ／ｍ２）和土壤热输送（１１．５４Ｗ／ｍ２）,潜热通量与土壤热通量日变化规律明显,感热通量日变化规律不明显。     

长白山森林生态系统二氧化碳通量与涡动相关研究

利用涡动相关技术观测资料和同步的气象要素监测资料,分析了CO2的浓度日变化,描述了CO2通量的变化规律,探讨了风速、温度、动量通量、感热通量、潜热通量以及光合有效辐射对长白山森林生态系统CO2通量的影响,结果表明:在白天,CO2通量和梯度的输送方向是从大气向植被,在中午输送达到负的最大值。在夜间,CO2通量和梯度输送的方向与白天相反,并且,在早晨达到正的最大值。     

极端干旱区大气边界层厚度时间演变及其与地表能量平衡的关系

主要采用ECMWF的地表和大气产品分析了中国西北极端干旱区大气边界层厚度与地表能量通量的时间变化特征,同时,结合探空加强观测分析了大气边界层演变的可能因素.得出:西北极端干旱区大气边界层厚度呈现出季节性的年际和年代际变化,夏季大气边界层厚度呈下降趋势,春、秋季节呈现出先增加后降低的趋势,冬季以阶段性降低趋势为主,20世纪80年代是大气边界层厚度的转折时期；感热通量是极端干旱区大气边界层发展的主要热力因素；由于夏季净辐射量、地气温差、粗糙度以及风速等因子随时间演变而呈降低趋势,潜热通量呈增加趋势,导致了边界层高度形成的热力作用减弱,边界层厚度降低；同时,粗糙度和风速也是大气边界层发展的主要动力因素,由于边界层粗糙度和风速降低,促使垂直风切变减小,湍流动力作用减弱,也会导致边界层厚度降低.     

气候变化背景下舟山沿岸上升流区夏季水动力演变机制

全球变暖会对舟山沿岸上升流的驱动机制产生深远影响,继而作用于海域内的生态环境及渔业资源发生的变迁。使用三维海洋数值模型FVCOM,模拟研究了热通量、风场等气候环境因子变化下舟山沿岸上升流区夏季水动力及环境因子的分布特征。通过引入跃变检验方法来评估全球变暖对过去三十多年来舟山及其邻近海域的夏季海表温度的影响,发现在2016年前后发生了明显的跃变,跃变后海表温度相对于跃变前升高了约1 °C;热通量分析结果显示春季云量减小,短波辐射增加导致的海水热含量增加是夏季海水升温的重要原因;风速的时空变化表明舟山海域7月风速在近几十年有减弱的趋势。通过构建气候环境因子变化的敏感性数值模型实验探究了舟山沿岸上升流水动力的演变机制,结果表明海气热通量增加导致的表层海水吸热及平流热输运增加引起的海水层化加强会使得底层海水不易抬升;夏季风应力的减弱削弱了长江冲淡水低盐水舌的离岸扩展,导致上升流区上层海水的层化减弱,从而加强中下层海水向岸爬升,增加沿岸上升流的强度。     

小型农业养殖塘上大气湍流特征的观测分析

为明确小型水体上的大气湍流特征和涡度相关系统的适用性,基于2018年安徽省滁州市全椒县官渡村小型农业养殖塘的通量观测数据,分析该地的大气稳定状态、湍流方差相似性、湍流速度谱和协谱、湍流强度及湍流动能的变化特征。结果表明,该小型农业养殖塘上1 d内约21 h大气处于不稳定状态;Monin-Obukhov相似理论适用于该农业养殖塘;三维风速归一化标准差随大气稳定度的变化符合1/3次方规律,不稳定条件下的拟合效果优于稳定条件下,且以垂直方向上拟合效果最佳,温度和湿度的归一化标准差在大气不稳定时符合-1/3次方规律;三维风速的湍流谱在惯性子区中符合-2/3次方关系,垂直风速与标量的协谱在惯性子区中符合-4/3次方规律,涡度相关系统能够观测该小型农业养殖塘上的感热、潜热和CO₂通量;该小型农业养殖塘上的湍流强度随风速衰减的速度快于大型湖泊,风速大于1 m·s^-1时湍流强度趋近于常数,且水平方向上的湍流强度大于垂直方向;该小型农业养殖塘上的湍流动能在中性条件下最大（3.0 m²·s^-2）,且以风切变贡献为主;湍流动能随风速增大而增大,并呈现昼高夜低的变化特征。上述结果可为明确小型水体上的大气湍流特征及小型农业养殖塘与大气之间能量和物质的交换机制奠定一定的理论基础。     

密西西比地区农田下垫面能量平衡特征研究

近些年来涡旋相关技术被广泛地应用在大陆生态平衡系统和天空大气之间二氧化碳和水汽等大气物质传动与输送和能量平衡交换的研究中。通过分析密西西比2006年6—9月的通量观测资料,分析了农田下垫面上能量收支的特征及变化规律,并运用OLS(Ordinary Least Squares)和EBR(Energy Balance Ratio)方法对湍流通量(感热与潜热通量之和)与有效能量(净辐射与土壤热通量之差)之间的关系进行了研究。结果表明:在不同天气条件下辐射平衡和能量平衡特征有很大变化。大气有效能量和湍流通量之间有很好的相关关系,但是地面湍流通量系统性低于有效能量,存在能量不闭合现象,不闭合率约为24%。在早间和午后这段时间EBR值变化最为强烈,中午前后明显大于早晚,地面能量闭合度在白天的要低于晚上。     

区域气候模式RIEMS对中国气候的模拟

利用区域环境集成系统模式(RIEMS)对我国进行2005年4月1日～2006年10月1日18个月的积分试验,重点考察区域气候模式对我国区域气候平均状况的模拟能力.结果表明:(1)RIEMS模式能够较好地模拟出温度的空间分布及时间变化;同时模式模拟的季和平均大气温度与NCEP之间偏差大约1～2 ℃ ,模式还能够较好地模拟出辐射、感热、潜热、位势高度、风场等气象要素场的空间分布以及时间演变,并且越到高空模拟效果越好.(2)对温度、辐射、感热、潜热、位势高度、风场等气象要素场模拟的时间演变接近NCEP的演变,但对于不同季节,不同变量模拟的结果有所差异,一般来说,秋季的效果最好,夏、冬季效果稍差一些.     

玉树隆宝湿地土壤水热变化特征及对地表反照率的影响

利用青海玉树隆宝湿地2011年10月～2012年11月的观测资料,分析了该地区土壤湿度、土壤温度、土壤热通量、感热通量和潜热通量的年变化特征,以及地表反照率的日变化特征和地表反照率随土壤湿度的变化关系.结果表明,玉树隆宝湿地土壤湿度和土壤温度均呈夏秋季（融化期）高、冬春季（冻结期）低的特点;土壤热通量在10月～次年2月为负值,3～9月为正值;感热通量的年变化幅度较小,潜热通量的值呈现夏秋季高、冬春季低的特点,地表反照率冬季高夏季低,在春季和秋季土壤冻结和融化期间地表反照率的值上午高下午低,12月份地表反照率日平均值最高,为0.44,6月份地表反照率日平均值最低,为0.24,地表反照率年平均值为0.32;冻结和融化期间,地表反照率随土壤湿度的增大而减小.     

我国东部黑潮海域海表风速和海表温度变化特征

通过AVHRR资料和Quick-SCAT资料分析了我国东部海域特殊的海气相互作用特点,并对我国东部黑潮海域的海表风速和海表温度时间分布特征和关系进行了分析。结果表明,我国东部海域黑潮海区海表温度与海表风速之间存在特殊的正相关关系,黑潮海域海表温度与海表风速的冷暖分布均呈现一一对应关系,即大风速区位于暖脊上,而小风速区出现在冷槽上空。这种正相关关系是影响我国东部海域海气相互作用的重要因素,且这种正相关关系随着季节和年份的不同有所变化,在冬、春季节表现最为明显,且春季强于冬季。     

海南岛橡胶林能量平衡研究

基于涡度相关系统对海南儋州橡胶林生态系统长期定位观测,获取橡胶林生态系统2013年5月-2014年4月有效能、湍流能以及各种气象数据,分析其能量平衡过程以及能量闭合度。结果表明:1）显热通量（H）、潜热通量（LE）、土壤热通量（G）与净辐射通量（Rn）日变化趋势相似,都为单峰型。雨季LE明显大于旱季,不同季节H差异不明显。雨季白天LE远高于H。G在数值上与Rn差1～2个数量级,且变化滞后于Rn变化。2）冠层热储量（S）、显热储量（Sa）和潜热储量（Se）变化趋势均为倒“S”型,但S、Se变化趋势与Sa变化趋势相反。橡胶林冠层热储量,Se贡献更大。3）雨季波文比都远<1,即雨季净辐射主要用于潜热输送。旱季波文比较雨季大,平均值为0.8,说明整个旱季水汽传输与显热输送消耗能量比重相当。4）各能量通量分量均表现为净辐射（Rn）>潜热通量（LE）>显热通量（H）>土壤热通量（G）>冠层热储量（S）。雨季潜热通量（LE）所占净辐射比例达76.28%,显热通量仅为15.32%;旱季潜热通量（LE）、显热通量（H）占净辐射通量比例分别为:43.69%、31.74%。5）橡胶林能量不闭合度雨季低于旱季。半小时尺度上旱季不闭合度为33%,雨季不闭合度为24%,全年不闭合度为27%,与中国通量网（ChinaFLUX）研究结果相比,处于中等水平。日尺度全年能量闭合度为13.82%,全年月尺度能量不闭合度为13.41%。     

小麦水热、CO_2通量特征和能量平衡分析

[目的]对河北栾城小麦水热、CO2通量特征和能量平衡进行分析。[方法]基于栾城站利用涡度相关技术观测的2008年小麦水热、CO2通量数据及常规气象、生物量等数据,分析小麦水热、CO2通量特征和能量平衡闭合状况。[结果]①潜热、感热、CO2通量表现出明显的日、季变化特征,潜热、感热通量日变化呈倒"U"型,CO2通量"U"型,且通量日峰值存在较大差异;②潜热、感热、CO2通量的强度变化与环境因子有较大关系:三者对光强、净辐射的反应较为敏感,相关系数分别达0.92、0.66、0.65及0.90、0.69、0.74,且晴天更好,对气温也较为敏感,潜热通量,特别是在降水后对土壤含水量反应较敏感;③小麦农田能量平衡闭合度为0.91,存在明显的不闭合现象,而且在不同月份、一天不同时段,闭合程度也不同,能量平衡不闭合的主要原因是测量误差和忽略热储量等。[结论]该研究得到了小麦农田生态系统水热通量及CO2通量特征、传输机制及其影响因子,可为揭示作物冠层蒸散、光合与水分利用效率关系、能量分配等的机制提供科学依据。     

三江平原大豆田湍流热通量研究

【目的】明确大豆田地表湍流热通量变化特征及其规律,为阐明大豆田地表能量平衡奠定基础。【方法】以三江平原大豆田为研究对象,基于涡度相关数据分析大豆生长季地表湍流热通量的日变化、季节变化、地表水分平衡和地表能量分配特征及其主控因子。【结果】大豆田地表潜热和感热通量日变化均表现为明显的单峰特征。潜热通量季节变化特征明显,一般于6月下旬至7月上旬达到最大值,其与净辐射呈显著线性正相关关系,但当降水量较少时也与降水量呈显著线性正相关关系。 大豆田地表感热通量整体呈下降趋势,亦与净辐射呈显著线性正相关关系,但感热通量Hs和Hs/Rn均与降水量呈显著负相关关系。大豆生长季内降水总量明显大于蒸散总量,但降水分布不均也会使得短期内出现水分收支亏缺。2005-2007年,大豆田波文比季节变化特征不完全相同,波文比与降水量和叶面积指数均呈显著负相关关系。【结论】三江平原大豆田潜热和感热通量单峰日变化特征显著,生长季内大豆地表水分盈余。净辐射、降水量和植被发育是影响大豆田潜热和感热通量以及能量分配的主要因子。