吉林省LUCC对地表能量分配的影响

地表能量分配是土地利用/覆被变化(LUCC)调控气候的关键过程.以吉林省1990年、2000年、2005年和2010年四期土地覆被数据为基础,利用SiB2分析过去20年LUCC对地表能量分配的影响.结果表明:1)地表能量分配各分量与土地利用类型有良好的空间对应关系,森林获得的净辐射、显热和潜热较多,农田和草地的净辐射、显热和潜热通量较小;2)LUCC过程中,叶面积指数是净辐射的重要影响因素,冠层导度主要调节潜热分配;3)吉林省土地利用变化以“森林和草地转换为农田”过程为主,造成年均净辐射降低了0.22W m-2,潜热增加了0.56W m-2,显热减小了0.83W m-2,且均存在季节变化特征.     

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。     

东北日光温室葡萄园水热通量特征及其对气象因子的响应

运用温室葡萄水热平衡观测资料,分析了东北日光温室葡萄的能量平衡和能量分量日变化、生育期变化以及分配规律,同时也分析了潜热通量(λET)对环境因子的响应。结果表明:水热通量各分量在整个生育期日变化总体上呈现为单峰趋势,净辐射(R_n)的峰值最大为618.75 W·m^-2,λET峰值最大为242.73 W·m^-2,感热通量(H)峰值最大为327.93 W·m^-2;在新梢生长期,白天λET较小,为34.55 W·m^-2,随着生育期推进,λET逐渐增大,在果实着色成熟期达到最大值(78.49 W·m^-2)之后减小;H在各生育期能量中均占了绝大部分;白天潜热通量占净辐射的比例(λET/R_n)在新梢生长期最小,为25.28%,在果实着色成熟期最大,为44.17%;感热通量占净辐射比例(H/R_n)整个生育期几乎都达50%以上,土壤热通量占净辐射比例(G/R_n)相对较小,变化范围为4.46～12.32 W·m...     

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%。     

祁连山区青海云杉林生长季水热通量特征及影响因素解析

研究基于涡度相关技术,揭示祁连山区青海云杉林水热通量动态变化特征及主要影响因素。结果表明：云杉林日尺度上潜热通量、感热通量与净辐射均呈单峰型变化特征,峰值出现在午间前后且分别为215.81、135.21、588.08和557.96W·m^-2,土壤热通量呈多峰型变化规律且峰值出现时滞现象;月变化尺度上净辐射均值>土壤热通量>潜热通量>感热通量,除感热通量外,其余均为下降趋势;能量消耗主要以潜热通量为主,占比约50%;降水是影响潜热通量最主要负向因素,直接作用系数为-0.39。感热通量、净辐射与土壤热通量则同时受相对湿度负向调控,作用系数分别为-0.25、-0.30和-0.30。     

城市人工林LAI季节变化对地表水热通量的影响

为定量评价北京城区绿化人工林叶面积指数LAI变化对改善生态环境效果的影响。2006年4月～2007年3月在北京海淀公园人工林架设涡度相关系统连续观测地表潜热和显热通量,提出LAI-2000实验观测LAI与遥感测量林地面积的加权平均法以估算整个林地LAI,研究LAI季节变化对通量的影响。结果表明:随LAI的增长,潜热占净辐射的比例增加而显热占净辐射的比例减少,具有明显的月变化特征;6～8月LAI>2.0,潜热占净辐射的比例最高,晴天在60%以上,阴天在45%以上,而显热占净辐射的比例最低,晴天低于10%,阴天约5%。12～2月LAI<0.5,潜热占净辐射的比例最低,晴天低于10%,阴晴天的差异很小;显热占净辐射的比例最高,晴天高于40%,而阴天略低于晴天。     

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.     

荒漠土壤成分对陆面过程的影响研究

采集塔克拉玛干沙漠北缘肖塘观测站附近的土壤，应用Mastersizer-2000激光粒度仪测定土壤粒径，按照伍登-温德华粒级标准进行土壤成分分类，发现土壤类型并非均质沙土，在0~30 cm深度的浅层存在10%~24%的黏土,根据土壤成分比例对Noah陆面模式的土壤参数重计算，然后利用肖塘站2011年3月22日至7月25日的观测数据驱动Noah模式，对比修正土壤参数前后的模拟效果。结果表明：更新土壤参数后10 cm土壤温度模拟偏差减少0.62 ℃，土壤热通量偏差减小10.47 W·m-2，感热通量偏差减少7.02 W·m-2，地表净辐射偏差减少5.48 W·m-2，且效率系数达到更高的接受程度。通过泰勒图分析了土壤参数修正对Noah模拟效果的整体作用，表明修正土壤参数后的模式中热量传输扩散有一定的优化作用，10 cm土壤温度和热通量土壤温度模拟效果得到改进。     

干旱区荒漠下垫面能量通量观测误差对能量闭合的影响

利用内蒙古微气象观测试验(IM-Mm OE)资料,分析干旱区荒漠下垫面近地层能量传输特征,探究观测仪器的一致性问题及其对地表能量平衡的影响。结果表明:干旱区荒漠下垫面的能量传输以感热和地表土壤热通量为主。大多数辐射仪器的观测相关系数大于0.98,地表土壤热通量和感热通量的观测相关系数大于0.97,潜热通量观测相关性最差,为0.92,其中地表土壤热通量、感热通量和潜热通量的均方差分别为14.3 W·m~(-2)、8.9 W·m~(-2)和8.0 W·m~(-2),各仪器之间观测数据比较一致,观测误差较小。非一致性引起的观测数据偏差直接影响能量闭合率,试验中湍流通量(感热通量和潜热通量之和)的观测偏差造成地表能量闭合率1%~3%的不确定性,有效能量(净辐射与地表土壤热通量之差,仅考虑地表土壤热通量的观测偏差)造成5%的不确定性,湍流通量和有效能量两者数据的总偏差造成地表能量闭合率6%~8%的不确定性。     

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。     

黄河源区玛曲3次积雪过程能量平衡特征

利用中国科学院黄河源区气候与环境综合观测研究站2011年12月至2012年3月的观测资料,对比分析了黄河源区玛曲3次积雪过程地表辐射和能量平衡特征,结果表明:受雪面较大反照率的影响,降雪后净辐射减小显著,3次降雪前、后净辐射分别为154、200、210 W·m~(-2)和93、129、130 W·m~(-2)。3次降雪后及融雪后,地—气能量交换受天气条件和土壤冻融状态的影响较大:第1次降雪后较低的气温和地表温度并没有影响冻结土壤原本就较弱的蒸发能力,潜热通量在降雪前、后及融雪后量值较小且相差不大;第2次降雪后的2月18日,较大的风速(≥4 m·s~(-1))和较强的太阳辐射加快了积雪的升华,潜热通量量值较大,日均值高达118 W·m~(-2),风速与潜热通量同步变化,且峰值同时出现(分别为15 m·s~(-1)和300 W·m~(-2)),积雪升华消耗能量使地表温度降低并低于气温,出现负感热通量,日均值为-8 W·m~(-2),峰值达-40 W·m~(-2),融雪后感、潜热通量很快达到降雪前的水平;第3次降雪后的2月29日至3月3日,浅层土壤温度由-1℃逐渐上升并维持在冻土可融化温度-0.18℃左右,冻土壤融化吸收热量,潜热通量与降雪前相比增加不明显,3月4日是积雪融化的最后一天,较湿的土壤和融雪水蒸发释放潜热,潜热通量较3月3日显著增大;积雪融化后,潜热通量受浅层土壤蒸发能力增强的影响较降雪前明显增大。     

不同覆盖措施对黄土高原旱作农田N2O通量的影响

为研究秸秆和地膜覆盖条件下旱作冬小麦田N_2O通量变化及水热状况,在中国科学院长武农业生态试验站采用静态箱-气相色谱法测定了冬小麦种植期间无覆盖处理(CK)、地膜覆盖处理(PM)、全年覆盖秸秆处理4 500 kg·hm~(-2)(M4500)和全年覆盖秸秆9 000 kg·hm~(-2)处理(M9000)土壤N_2O排放通量,并同步测定了土壤水分、土壤温度和气温。研究表明:CK、PM、M4500和M9000处理生育期内N_2O通量范围分别为17.24~321.86、19.03~388.00、21.57~344.53μg·m-2·h-1和24.77~348.42μg·m-2·h-1,生育期内N_2O平均排放通量分别为110.64、146.48、131.31μg·m-2·h-1和142.26μg·m-2·h-1,与CK相比,PM、M4500和M9000处理N_2O平均排放通量分别提高了32.29%、18.68%和28.57%,其中,PM和M9000处理与CK之间差异达极显著水平(P0.01)。PM处理N_2O累积排放量(7.25 kg·hm~(-2))较CK处理(5.18 kg·hm~(-2))提高了40%(P0.05),秸秆覆盖处理M4500(6.30kg·hm~(-2))和M9000(7.17 kg·hm~(-2))N_2O累积排放量较CK处理分别提高23%和38%(P0.05),PM和M9000处理N_2O累积排放量显著高于M4500,PM和M9000处理之间无显著差异。不同覆盖条件下生育期N_2O通量表现出明显的季节变化特征,小麦生长季始末期较高中期较低,N_2O排放受降水影响明显。生育期N_2O累积通量主要源于冬小麦拔节期至收获期,PM、M4500和M9000处理拔节期至收获期N_2O排放量分别占整个生育期的41%、40%和43%,均高于CK(38%)处理。土壤温度变化可以解释69%~76%土壤N_2O通量变化,土壤水分仅解释了37%~51%的土壤N_2O通量变化。回归分析表明无覆盖时,土壤水分是影响土壤N_2O排放的关键因子,秸秆覆盖和地膜覆盖条件下土壤温度是影响土壤N_2O排放的关键因子。覆盖秸秆4 500 kg·hm~(-2)是黄土旱塬区较为适宜的冬小麦栽培模式。     

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。     

滴灌长绒棉水氮定量耦合效应研究

本研究目的在于在滴灌长绒棉生育期灌水量及施氮量一定条件下,调节不同时期的水氮配比,进一步优化水氮管理,提高产量,为农业生产提供理论指导。试验方法：在长绒棉主产地阿瓦提县,选用新海24号,设9个不同水、氮配比处理,研究生育期生理指标及产量的变化。试验结果：（1）不同时期灌水量变化对长绒棉生育进程的影响大于施氮量变化;（2）不同水氮配比对长绒棉生育前期（7月5日前）及后期（8月1日后）单株叶面积影响较大;叶片净光合速率（Pn）在出苗后45 d左右均达最高值,在出苗后60～75 d迅速下降,Pn最大值第二次出现的时间及下降速率差异较大,9个处理中,以7月5日前灌水130 m3·666．7m-2,追氮10．44 kg·666．7m-2;7月6日至7月31日灌水78 m3·666．7m-2,追氮17．4 kg·666．7m-2;8月1日后灌水52 m3·666．7m-2,追氮6．96 kg·666．7m-2的水氮配比（N3W1）Pn二次峰值出现时间最早,在出苗后75 d,为22．7μmol·m-2·s-1,且持续时间长,下降缓慢;（3）通过对8月21日的单株成铃数分析表明：N3W1处理单株成铃最多,为15．8个·株-1,脱落率最低,仅为41．5％。结论：在滴灌长棉生育期所需纯氮20 kg,灌水约260 m3·666．7m2条件下,以7月5日前灌水130 m3·666．7m-2,追氮10．44 kg·666．7m-2;7月6日至7月31日灌水78 m3·666．7m-2,追氮17．4 kg·666．7m-2;8月1日后灌水52 m3·666．7 m-2,追氮6．96 kg·666．7m-2的水、氮配比方式最利于长绒棉经济产量的形成。     

赤峰市生态系统服务价值变化研究

研究土地利用格局变化引起的区域生态系统服务价值的改变,可定量评价土地利用活动对区域生态环境的影响。基于1995、2000、2003年的土地利用数据,应用谢高地等人制定的中国陆地生态系统单位面积服务价值表,估算了地处农牧交错区的赤峰市土地利用格局变化引起的生态系统服务价值的改变。结果表明:1995~2000年间,赤峰市耕地增加5.04%,林地减少2.44%,草地减少1.32%,水域减少0.74%,城乡工矿及未利用地减少0.74%;其生态系统服务价值由782.88亿元减至778.49亿元,净减少值为4.39亿元,减幅为0.56%;2000~2003年间,赤峰市土地利用类型动态度变化为耕地-17.71,林地31.56,草地2.95,水域-27.71,城乡及未利用地3.29,其生态价值由778.49亿元增至849.75亿元。表明前5年间毁林垦草播耕等不合理土地利用现象仍存在,至使生态系统服务功能下降;后3年土地利用格局的合理化,大面积的退耕还林,植树造林是生态服务价值增加的主要原因。     

区域生态退耕对生态系统服务价值的影响——以宁夏盐池为例

生态退耕使我国西北干旱与半干旱生态脆弱区土地结构和功能发生重大变化,对生态系统服务产生深刻影响。本文运用地理信息系统和遥感技术,分析了1990和2005年,盐池县土地利用和土地类型变化的规律;利用修正的中国陆地生态系统服务价值当量因子,计算出两期生态系统服务价值;分析了土地利用和土地类型变化对生态服务价值的影响。结论如下:1)1990-2005年间,研究区耕地、林地、草地面积得到大幅增加,未利用地大幅减少。2)研究区生态服务价值1990年为99064.6万元,2005年为115421.0万元,增加了20.62%。3)导致生态服务价值变化的主要原因是未利用地大幅度减少,相应转化为单位生态系统服务价值较高的林地、草地、耕地等。研究表明,生态退耕促进了区域土地类型结构优化和生态系统服务功能改善,但是将大量未利用地转化为农田和人工林地的长期生态效应还需进一步观察。文中研究对协调类似区域人地关系,改善人类生存环境和生活福祉具有指导价值。     

托木尔峰青冰滩72号冰川表碛区夏季消融模拟研究

表碛覆盖型冰川在我国西部分布广泛，由于该类型冰川消融区域不同程度的被岩石碎屑所覆盖，消融状况与非表碛覆盖型冰川有较大差异，因此，开展表碛覆盖型冰川的消融模拟研究至关重要。本文以冰面气象数据为驱动，使用表碛覆盖型冰川能量平衡模型对天山托木尔峰青冰滩72号冰川表碛区进行能量和消融模拟。基于热传导过程和能量平衡方程，模型计算了表碛表面温度以及表碛层内部温度，并通过表碛内部温度估算下覆冰的消融量。结果表明：2008年夏季期间模型模拟的消融量为0.39 m w.e.，与消融花杆数据进行验证取得了较高的模拟精度（R2=0.92, RMSE=±0.03 m w.e.），表碛表面温度和内部10 cm深处温度的模拟值也与实测数据拟合较好（R2分别为0.91和0.60）。在表碛区的能量交换过程中，净短波辐射是唯一的能量收入项，感热通量是最大的能量支出项（49.7%），其次分别为传导热通量（消融耗热）（25.8%），净长波辐射（19.8%）和潜热通量（4.6%），降水热量不足1%。云量对表碛区的气象和能量特征有着显著的影响，阴天条件下表碛区的入射短波辐射峰值从晴天的854 W·m-2降至587 W·m-2，...     

基于生态系统服务价值的塔里木河干流土地利用结构优化

通过研究塔里木河干流土地利用变化对生态系统服务价值的内在影响机制,基于生态系统服务价值优化了其土地利用结构.结果表明:(1)应急生态输水后塔里木河干流耕地、林地、草地、荒漠、水体的年平均变化率分别为7.26％、2.68％、-1.90％、1.22％、0.08％,耕地、林地面积的增加主要来自草地,水体面积变化主要受来水量影...     

塔里木河下游河岸带水热传输过程模拟研究

选择在塔里木河下游生长的胡杨(Populus euphratica)为供试材料,应用土壤-植被-大气传输(SVAT)系统的水热耦合模型,在野外观测试验的基础上,以常规气象站的基本观测要素和土壤剖面水热观测数据为模型的初始输入,对塔里木河沿岸胡杨林的蒸腾过程、土壤剖面水热的变化过程、根系吸水过程、胡杨林冠层-土壤层-大气层之间水热交换与能通量过程进行较小时间尺度上的野外定点研究。结果表明,土壤水分与温度的模拟值对观测值的平均相对误差分别为3.9%和7.1%。可见,土壤剖面水热的模拟值与观测值表现出较强的相关性。相比之下,能通量的日内观测与模拟效果相差很小,蒸腾潜热、感热、地热通量的观测与模拟的平均相对误差分别为16.7%、12.4%和20.6%。能量支出项主要是潜热,其次是感热,而土壤能量支出项主要是感热,总的感热支出要大于潜热支出,且感热变化起伏较大。研究结果对干旱区水循环模拟具有一定的参考价值。     

围栏与不同放牧强度对东祁连山高寒草甸植被和土壤的影响

在东祁连山高寒草地,对围栏7年和不同放牧强度的草地进行了物种数、地上生物量、地下生物量、土壤理化性质等研究。结果表明,围栏7年的高寒草地鲜草产量为425.8 g·m-2,显著高于夏季中牧159.3 g·m-2和夏季重牧91.0 g·m-2,但与冬季轻牧、夏季轻牧差异不显著。围栏条件下的物种数为26.3种·16 m-2,显著低于其他放牧条件下的物种数,但显著高于夏季重牧条件下的物种数23.0种·16 m-2;轻度或重度放牧都会使物种数减少,夏季中牧下的物种数最高(33.5种·16 m-2)。在0~10 cm的表层土壤中,围栏7年的草地根系生物量显著高于其他放牧强度。随着放牧强度的增加,根系生物量在0~10 cm土壤中呈下降趋势,在30~40 cm土壤中则表现为升高趋势。围栏7年的土壤容重低于其他放牧强度下的土壤容重,但差异不显著;夏季重牧的土壤容重显著高于围栏7年和其他放牧强度的土壤容重。随着放牧强度的增加,0~10 cm土壤碱解氮增加,围栏7年草地最低。围栏封育可有效改善和恢复草地植被,但不能长时间禁牧不进行放牧利用。合理的放牧能够维护高寒草甸草地生态系统功能、促进物种丰富度和土壤营养的均衡。