西北干旱区地表能量初步分析

基于为期1 a(2001-2002年)的"西北干旱区陆-气相互作用试验"(DHEX)大型野外观测数据,对干旱区地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量进行分析,得到一些有关地表能量的新认识.提出并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

宁夏中北部春季沙尘暴与气候及环流背景关系的研究

本文利用1961-1999年宁夏中北部有代表性的5站的地面观测资料及NCEP资料,分析了宁夏中北部春季各月沙尘暴与气候及环流背景的关系。结果表明:春季3、4月宁夏中北部的沙尘暴天气发生频数与其前冬的气温呈显著反相关关系,而冬季气温对5月份宁夏中北部沙尘暴天气的发生频数影响并不显著。而3、4月份宁夏中北部春季沙尘暴发生频数与我区上游沙源区的地面低压系统发生的频数与强度密切相关。     

青藏高原5-10月地表潜热通量与青海同期降水之间的关系

利用1981—2015年ERA-Interim再分析资料和青海省43个观测站气象资料,采用气象经验正交函数分解（EOF）、相关分析法及合成分析等方法,对青藏高原（以下简称高原）5—10月地表潜热通量的时空分布特征及其与青海省同期降水之间的关系进行了分析,结果表明：① 高原地表潜热通量第1模态空间分布主要呈现高原东西部变化不一致的特征,青海东北部、高原西部和南部地区表现为正异常,其余地区为负异常;第1模态时间系数呈现显著下降趋势,并以2001年为界,前正后负,表明青海东北部及高原西部和南部地表潜热通量在2001年以前（后）增加（减少）。② 高原地表潜热通量与青海省东北部降水存在显著的负相关关系,当高原地表潜热通量增加（减少）时,青海省东北部降水减少（增加）。③ 将通过0.1显著性检验的区域作为研究二者之间关系的关键区（35.0°~38.5°N,98°~103.0°E）,以1个标准差为依据,挑选潜热通量高值年和低值年。结果表明,关键区内地表潜热通量在近35 a表现为显著下降的趋势,潜热通量高值年关键区降水增加,潜热通量低值年关键区东北部降水减少,其余地区降水增加,且在南部存在大于60 mm正异常中心;在潜热通量高（低）值年,关键区位势偏低（高）,风速偏大（小）,关键区南部水汽辐合较弱（强）。通过分析100 hPa南亚高压中心强度与300 hPa温度场,在地表潜热通量异常偏高（低）年,南亚高压强度略低（高）,300 hPa暖中心略低（高）,且南亚高压初上（撤离）高原较早。     

应用EOS-MODIS卫星资料推算西北雨养农业区能量通量

应用定西地区的气象资料和4次EOS-MODIS卫星资料,对典型的西北半干旱雨养农业区的基本地表特征参数进行反演,并在此基础上对各能量通量进行估算,进而分析了各通量的季节变化。结果表明,应用卫星数据估算的通量与净辐射之比与实际观测值基本接近,绝对误差在10%以内,其空间分布基本反映了当地的实际情况;土壤热通量、显热通量以及潜热通量的季节变化基本表现为冬季最小,其次是秋季,夏春两季最大;通量四季变化也呈现出不均匀的分布特性,频率分布范围较宽,体现了该区域的地形、地貌以及下垫面复杂的特征。     

塔中人工绿地与自然沙面感热通量和潜热通量差异性研究

文中利用新疆塔中站2013年5月、6月的三维风速、温度和水汽脉动资料,运用涡旋相关计算法得出了塔中人工绿地与自然沙面感热通量、潜热通量.结果表明,塔中地区人工绿地与自然沙面地表热量输送主要是以感热输送为主,人工绿地最大感热通量变化范围160-220W·m-2,自然沙面变化范围170-270W·m-2,自然沙面感热通量高于人工绿地,并且变化幅度较大,6时之前感热通量为负值,之后出现正值,19时左右变为负值,即它的符号改变出现在日出、日落前后.人工绿地与自然沙面潜热通量相比,人工绿地潜热通量高于自然沙面,自然沙面潜热通量最大值变化范围10-80W·m-2,人工绿地变化范围30-80W·m-2,并且自然沙面潜热通量的变化幅度较大.     

塔中地区一次沙尘暴过程的输沙通量估算

以塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区为研究区,对2008年7月19日11;2923:56时一次沙尘暴天气过程进行野外实时输沙观测,利用经典输沙经验公式,对此次沙尘天气的输沙通量进行估算.确定了塔中地区的临界摩擦速度为0.24m/s,建立了塔中地区2m高度风速与输沙率的关系,发现Lettau输沙率公式的计算结果与实测值最为接近,塔中地区此次沙尘暴发生期间的水平输沙通量和垂直输沙通量分别为258.67x10-4kg/(m·s),40.07x10-7kg/(m2·s).     

西北地区春季沙尘暴的区域性时间变化特征

本文应用方差极大准则下的正交旋转因子分析(REOF),对我国西北地区近46a(1960-2005年)春季沙尘暴日数资料序列进行客观分区,并采用11年滑动平均方法和morlet小波对其各区区域性时间变化特征进行分析研究。结果表明:1)西北地区春季沙尘暴可划分为5区,它们是河套区、南疆区、高原区、河西区和北疆区。2)西北各区的春季沙尘暴日数自1960年以来有下降趋势,南疆区下降趋势最快,北疆区下降趋势较缓,其它三区数值接近,且夹与上述两区之间。3)在年代际变化方面,南疆区下降趋势明显,各年代也呈现下降趋势。河套区和河西区沙尘暴从60年代开始有增加,分别在70年代初和70年代末达到峰值,然后转而下降。除南疆区以外的其它4个区春季沙尘暴日数较少,总体呈波动下降趋势,在90年代中期开始有所回升,到21世纪初又呈现下降趋势。4)在年际变化方面,利用小波分析方法清晰分析出西北各区域春季沙尘暴日数的年际变化,对小波功率谱进行90%的信度检验,提高小波分析结果的可靠性。同时得出了各区周期主要集中在2~3a和4~8a周期尺度上。     

我国西北近50年春季沙尘暴活动的变化与气候因子相关性研究

本文根据我国西北不同地区近50年来气象观测资料,研究了该区沙尘暴活动特点及其与气候变化的关系。结果表明:近五十年来我国西北沙尘暴发生总体呈波动减小趋势,这主要与新疆和内蒙古等沙源区向暖湿方向发展有关,而1999—2002年沙尘暴活动增强的主要原因是降水减少和气温升高。气候要素中的降水量变化与沙尘暴的发生有着极其密切的关系,二者呈明显的负相关;气温的高低也与沙尘暴的发生呈负相关,但没有与降水量的关系明显。在沙尘暴多发的60—70年代,沙尘暴日数减少与春季降水量的增加关系密切;而在80—90年代,冬干气候对沙尘暴日数增加作用明显。在沙尘暴多发的60—70年代,拉尼娜年对沙尘暴日数有明显的减少作用;相反,在沙尘暴较少的80—90年代,厄尔尼诺年对沙尘暴日数有明显的增加作用。     

荒漠-绿洲芦苇地蒸散量及能量平衡特征

运用波文比-能量平衡法,对荒漠绿洲芦苇地的蒸散量及能量通量进行了连续的测定,并对芦苇地蒸散特点和能量平衡特征进行了分析和探讨。结果表明:①芦苇的蒸散速率日变化表现出明显的昼夜变化,蒸散量随着芦苇的不同生长阶段存在明显的季节变化,生长季芦苇地总蒸散量为252.5 mm,各阶段降水量均不能满足蒸散发的需水要求,需要地下水的补给。②地下水作为干旱区绿洲的主要水源,其对绿洲蒸散发耗水的影响也是极为重要。净辐射是芦苇地蒸散耗水的能量来源和驱动力,气温是蒸散发的主导影响因子。风速在这些主导因子的影响下,起到加速的作用。③荒漠绿洲芦苇地平均感热通量峰值一般在250~300 W/m2之间,潜热通量平均最大值120~230 W/m2,平均土壤热通量峰值约20 W/m2。6月感热通量在地面能量交换中占主要地位,感热通量占净辐射的52.7%,潜热通量占净辐射的42.6%。7月潜热通量占净辐射的55.0%,感热通量占净辐射的40.4%。9月感热通量占净辐射的60%以上,潜热通量仅占净辐射的30%。土壤热通量约占净辐射的8%。     

陇中黄土高原半干旱区对流降水的边界层特征

采用2006—2011年的降水、探空和陆面资料,分析了对流降水时的边界层和陆面过程特征,发现在对流降水前3 d至后1 d的最大混合层厚度逐日变化中,在降水之前基本呈现出逐渐增厚并在降水前日达到最大,说明边界层热力对流环境很可能是对流性天气发展的重要能量基础。基于此,又重点分析了陆面通量的角色和作用,发现对流降水发生时段不同,陆面热通量也存在明显差异,傍晚对流降水的感热通量累积值是最大的,而午后对流降水的潜热通量最小;按降水量分类对比,感热通量与降水量存在较明显的正相关关系,而潜热通量则与降水量的关系复杂;当前1 d最大混合层厚度超过3 000 m或当日的感热通量累计值超过2 000 W·m~(-2)时,则在当日发生降水量超过17 mm的对流性降水的概率较大。综合分析表明,陆面热力作用对对流天气形成,尤其是对傍晚时段的对流降水具有重要作用,而局地蒸发对局地水循环的形成还不足以对对流降水产生实质性的贡献。     

城市公园绿地水热通量的小波特征

在北京海淀公园架设涡度相关仪,连续观测下垫面和大气之间的显热和潜热通量,定量研究城市公园绿地影响下的水热通量变化趋势,并利用连续小波变换研究其时间尺度结构及变化特征.结果表明:城市小气候环境显热和潜热呈现多尺度结构,其变化包含不同时间尺度准周期分量,存在不同的显热和潜热相干结构;时间尺度准周期分量在春夏初秋较小,而在深秋和冬季较大.显热和潜热变化越剧烈,对应越小时间尺度的准周期分量.在均匀下垫面,利用该方法可进一步研究显热和潜热的空间尺度结构.     

中国北方沙尘暴的气候特征及其对春季青藏高原地面感热异常的响应

选用中国185个常规气象观测站,建站～2000年历年沙尘暴日数资料,分析了近50年来中国北方沙尘暴的气候特征及其对青藏高原地面感热异常的响应。结果表明虽然单个沙尘暴过程属于一次中尺度天气过程,但年沙尘暴日数具有较好的空间一致性,在空间上有五个自然尘源区,即河西走廊、南疆盆地南缘、阿拉善高原、鄂尔多斯高原和浑善达克沙地等沙尘暴高发区。比较近50年来中国沙尘暴日数的年代际变化,总体趋势在减少,20世纪90年代是近5个年代中最少的。但20世纪末至21世纪初,中国沙尘暴日数有明显的回升趋势。进一步研究表明,中国沙尘暴与春季青藏高原地面感热关系密切,当春季青藏高原地面感热呈EOF1模态时,当年中国北方沙尘暴日数明显较常年偏多。     

我国北方春季沙尘暴的异常及其对冬季青藏高原地面感热的响应

本文选用中国178个常规气象观测站建站～2000年历年春季沙尘暴日数资料,分析了近50年来中国北方春季沙尘暴的气候特征。在此基础上进一步揭示了我国北方沙尘暴的形成、发展以及造成的危害。结果表明我国北方春季沙尘暴存在东西反位相差异,近50年来,春季沙尘暴日数总体趋势在减少,但20世纪末又有明显的回升趋势。这不仅与影响我国北方的冷空气路径有关,还与青藏高原冬季地面感热的异常密切相关。     

塔克拉玛干沙漠地表感热特征分析

利用1979年3月~2004年2月月平均的NCEP/DOE新再分析地表感热资料,在分析塔克拉玛干沙漠四季感热基本气候特征的基础上,通过EOF分析方法,对沙漠地表感热异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明:1)沙漠地区地表感热通量的分布存在较大的季节和区域性差异。2)根据各季地表感热距平场的EOF分析,该区感热异常主要有全区一致型、南北差异型以及西北~东南差异型三种常见的分布模态;3)近25年来,塔克拉玛干沙漠春季和夏季地表感热在第一空间尺度上总体变化趋势平缓,秋季在波动中有明显增强的趋势;在第二空间尺度上夏季和秋季变化趋势不太显著,而春季在沙漠北部有减弱的趋势,南部有增强的趋势。     

额济纳绿洲柽柳灌丛辐射特征与热量平衡研究

根据黑河下游额济纳绿洲柽柳灌丛波文比-能量平衡法的实测资料,分析了该地区的辐射特征,研究了热量平衡各分量的变化特征及热量平衡规律。在绿洲内部,其太阳辐射、净辐射具有明显的日进程和季节变化规律;太阳辐射月总量最大值(2133325.0kW.m-2)出现在6月份,最小值(133325.0kW.m-2)出现在10月份;在柽柳灌丛生态系统的热量平衡中潜热通量占能量支出量的62.85%,感热通量占32.85%,土壤热通量占4.44%。在日变化中,潜热在上午大于感热,在下午,由于湍流加剧,感热交换大于潜热。     

城市公园绿地水热通量的环境影响因素定量分析

在北京近郊区海淀公园架设涡度相关仪,连续观测城市公园绿地水热通量及其环境影响因素数值日变化。分别采用神经网络、相关分析和灰关联方法研究植被生长季节影响水热通量的环境因素权重,结果表明:公园绿地水热通量受多个环境因素的综合影响,净辐射影响最大,其次是下垫面温度,再次相对湿度和气温影响潜热,风速对潜热的影响较弱,而气温和风速对显热的影响也相对较弱。神经网络方法直接给出非线性关系权值,分析结果较准确,优于统计分析方法。     

卫星遥感结合地面观测估算中国西北区东部地表能量通量

采用定西麦田微气象观测站和试验区其它地区36个自动气象站、91个常规气象站资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料,用地表能量平衡算法(SEBAL)推导中国西北区东部4~8月的日平均地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度和波文比的区域分布特征,并按土地覆盖类型的不同分别统计沿黄灌区、冬春小麦雨养农田、草地、森林和沼泽草甸等不同地表的能量通量特征。结果显示:作物不同生育期,自南向北由湿润的常绿林区经半干旱雨养农业区直到干旱的荒漠地带,地表能量输送存在巨大的地区差异。计算结果与实测值之间的平均绝对百分误差为4%~21%,两者基本相符,该方法在算法上解决了用卫星资料反演地气温差的难点问题,提高了感热通量区域分布的计算精度。     

黄土塬区麦田能量平衡特征

以黄土塬区冬小麦田为研究对象,基于涡度相关数据分析麦田能量平衡的日变化、季节变化和能量分配特征及其主控因子。结果表明,长武塬区麦田全年获得的净辐射(Rn)为2.56×103MJ·m-2·a-1,涡度相关系统的能量闭合度达到0.72。冬小麦生育期内,越冬期和灌浆期麦田主要能量支配项为感热通量(H),最大值出现在6月,为7.09 MJ·m~(-2)·d~(-1);其他生育期和休闲期,主要能量支配项为潜热通量(LE),最大值出现在5月,为10.71 MJ·m~(-2)·d~(-1)。波文比(β)在生育期平均值为0.57,休闲期为0.46。土壤热通量(G)年总量为-15.26 MJ·m-2·a-1,日总量最大值出现在6月,为1.85 MJ·m~(-2)·d~(-1),10月至次年1月为负值,表现土壤释放热量。     

北京地区沙尘天气的气候特征分析

本文利用1954-2001年北京地区(20个气象站)逐月沙尘资料,重点对北京地区沙尘天气的空间分布特征、沙尘日数的年代变化规律、沙尘日数的月变化进行分析;分析了近三年北京地区出现沙尘天气特点及成因;同时对近48年的沙尘出现日数变化规律进行了小波分析。