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。     

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。     

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。     

SEBS模型在塔克拉玛干沙漠地区地表能量通量估算中的应用

利用SEBS(Surface Energy Balance System)模型,对塔克拉玛干沙漠及周边地区的地表能量通量进行模拟估算。通过修正适合于塔克拉玛干沙漠地表的参数化方案,结合该地区的MODIS遥感数据,将同期同化气象资料输入模型中,模拟出该地区的地表净辐射、地表土壤热通量、感热通量和潜热通量的空间分布。与塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站的实测数据对比,得出:1)SEBS模型在塔克拉玛干沙漠地区具有适用性;2)模型反演的沙漠腹地净辐射约为350W/m~2,感热通量在200W/m~2左右,潜热通量在±20W/m~2之间,其结果均与塔中站实测资料吻合较好。因此利用参数修正后的SEBS模型估计塔克拉玛干沙漠地区能量平衡各分量具有一定精度,可满足区域地表能量通量的计算要求。     

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。     

基于涡度相关的半干旱区沙丘-草甸水热通量对比分析

为了解科尔沁地区不同下垫面地-气界面的能量收支、水汽交换过程及其与气象要素的响应关系,利用涡度相关法开路系统、常规微气象观测系统等进行长期定位观测,选取流动半流动沙丘和草甸2种下垫面下的观测资料进行对比分析。结果表明:草甸与沙地潜热通量日变化差异明显,且春秋两季典型晴天更为显著,沙地约为草甸的26.2%和30.5%;夏季沙丘与草甸潜热极值大体持平,冬季2个站点差距缩小,互为上下波动;在冬、春、夏季3个典型晴天中,草甸与沙地感热通量差异显著的起始与终止时间不断提前,累积大于时长分别为19.5 h、16 h、6 h,秋季二者差异的时间不断推后,累积时长缩短;观测通量源区随风向改变而发生变化,风频比例越大,通量源区的贡献距离越长;草甸、沙地蒸散量与降雨呈负相关,雨后日蒸散值分别较晴天偏低14%和40%,晴天,沙地日蒸散量随风速波动呈规律性变化,而较大风速对草甸蒸散发不利。     

叶尔羌河流域绿洲蒸散量的遥感估算

以谐波法与双源遥感蒸散模型TSEB的耦合算法为基础,将模型反演的瞬时潜热通量扩展到日、月、年等时间尺度,并应用于新疆叶尔羌河流域绿洲。利用MODIS数据,结合地面气象资料,模拟分析了叶尔羌河绿洲2007年耗水的年内过程、区域分布以及不同土地利用的耗水比例。尽管该遥感方法只考虑地表能量平衡,但所模拟的绿洲年耗水总量与水量平衡法的估算结果接近,不同土地利用类型的蒸散量与类似山区来水条件下绿洲散耗型水文模型的模拟结果比较接近,表明该方法可以用于绿洲的耗水分析,估算结果可为绿洲水资源配置提供科学依据。     

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。     

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.     

绿洲-荒漠过渡带蒸散与主要环境因子关系分析

以实测气象资料为基础,通过波文比能量平衡法对芨芨草地蒸散量进行计算,分析了不同天气条件对蒸散与主要环境因子之间相互关系的影响,建立了适合新疆天山北麓绿洲-荒漠过渡带的蒸散预测模型。结果表明:1)影响过渡带蒸散的四大主要环境因子依次是净辐射(Rn)、土壤热通量(G)、气温(T气)、相对湿度(RH)。2)不同天气条件下各主要环境因子及蒸散日变化曲线特征差异显著。晴天蒸散曲线呈"单峰型",阴天表现为"多峰型",而雨天显示为"偏峰型"。平均情况下基本与晴天一致。3)除Rn外,其它主要因子与蒸散线性拟合度均表现为雨天最大,晴天、平均次之,阴天最差。4)适合不同天气条件下的蒸散预测模型表明:除阴天外,热量是影响干旱区绿洲-荒漠过渡带蒸散的主导因素。     

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。     

干旱气候条件下棉田的蒸发与蒸腾：以阜康地区为例

本研究在中科院阜康生态站进行，观测棉田灌溉前后蒸与与蒸腾。在灌溉后约一星期，蒸发量约占蒸散总量的１７％．在晴朗时，中午几个小时内，蒸发量相当大，当由平流引起的热流传输显著存在时，最大蒸散总量约占净辐射的１３０％。     

Surface energy and water vapor fluxes observed on a megadune in the Badain Jaran Desert,China

The Badain Jaran Desert is the second-largest area of shifting sands in China. Our first measurements of the energy components and water vapor fluxes on a megadune using eddy covariance technology were taken from April 2012 to April 2013. The results indicate that the longwave and shortwave radiative fluxes exhibited large fluctuations and seasonal dynamics. The total radiative energy loss by longwave and shortwave radiation was greater on the megadune than from other underlying surfaces. The radiation partitioning was different in different seasons. The land-atmosphere interaction was primarily represented by the sensible heat flux. The average sensible heat flux(40.1 W/m2) was much larger than the average latent heat flux(14.5 W/m2). Soil heat flux played an important role in the energy balance. The mean actual evaporation was 0.41 mm/d, and the cumulative actual evaporation was approximately 150 mm/a. The water vapor would transport downwardly and appear as dew condensation water. The amount of precipitation determined the actual evaporation. The actual evaporation was supposed to be equal to the precipitation on the megadune and the precipitation was difficult to recharge the groundwater. Our study can provide a foundation for further research on land-atmosphere interactions in this area.     

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。     

西北地区春季沙尘暴地面加热场基本特征

利用 NCEP/NCAR1 958-2 0 0 0年月平均全球再分析网格点资料 ,对西北地区春季典型沙尘暴年和典型非沙尘暴年的感热通量场、潜热通量场的差异进行了对比分析 ,找出了感热和潜热通量场与沙尘暴发生的关系。结果表明 ,春季典型沙尘暴年中沙尘暴发生区上游和西北区东侧是影响沙尘暴发生的关键区。西北地区春季典型沙尘暴年上游区为热汇区 ,沙尘暴发生区主要为热源区。     

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.     

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。