应用ENVI-met模型模拟三维植被场景温度分布

为深入研究地表温度异质性机理,引入三维小气候模式ENVI-met 开展三维植被场景的温度场模拟。以离散 分布的山杨、侧柏和油松人工林场景为例,在实测的气象要素、土壤水分、植被结构、叶面积指数和组分温度等的基 础上,进行了敏感性分析和试验验证。敏感性分析结果表明:土壤相对湿度对模拟土壤温度场最为敏感,太阳辐射 比例因子对模拟植被温度场最为敏感。验证结果表明:ENVI-met 能准确模拟三维植被温度场的分布规律,模拟值 与实测值较为接近(最高R20.9,最小RMSE0.6 K)。      

森林生态系统碳循环模型参数优化

以2011年帽儿山生态站通量塔观测的二氧化碳通量(总初级生产力和显热通量)数据为基础,使用集合卡尔曼滤波的顺序同化技术,对北方生态系统生产力(BEPS)模型的关键参数进行优化。结果表明:参数在季节尺度上变化显著,通常在展叶期迅速增大,夏季达到稳定,秋季落叶期降低。根据优化的参数,模型的总初级生产力、生态系统呼吸的模拟值精度显著提高,精度分别达到91%、96%,比优化之前的模拟值精度提高了8%和11%。说明集合卡尔曼滤波的参数优化可以明显改善模型模拟碳水通量的能力。     

天目山常绿、落叶阔叶混交林生长季能量通量及平衡分析

为探讨森林生态系统的能量平衡关系,利用开路涡度相关系统和常规气象仪器的观测结果,分析了2014年天目山常绿、落叶阔叶混交林生长季的能量通量变化特征,并计算了波文比及其能量闭合度.结果表明:生长季净辐射总量为1 810.2MJ·m~(-2),潜热通量、显热通量和土壤热通量分别为1 033.0、727.7和53.8 MJ·m~(-2),潜热通量占净辐射的57%,显热通量占净辐射的40%,土壤热通量占净辐射的3%;生长季能量闭合度为1.002,月平均能量闭合度为0.99.     

新疆典型绿洲农田陆面过程特征的模拟研究

【目的】验证Co LM陆面模式对新疆典型绿洲农田生态系统的模拟效果,分析绿洲农田生态系统陆面过程特征。【方法】利用新疆沙湾县典型绿洲农田站点乌兰乌苏试验站2009~2010年两年的气象数据驱动陆面模式,验证模型精度,分析新疆典型绿洲农田生态系统能量分配,及其日、季变化特征。【结果】乌兰乌苏站站点能量通量表现为净辐射通量潜热通量感热通量,能量分配以潜热通量为主;Co LM陆面模式对站点能量通量的模拟结果较好。【结论】模型对各个能量分量的日变化、季节变化特征模拟均较好,但是对感热通量在农田生长季的模拟不理想,模拟值较高。     

兴安落叶松林能量通量变化特征及闭合度研究

为系统研究大兴安岭地区兴安落叶松(Larix gmelini)林能量通量变化特征及能量闭合度,本文利用涡度相关技术测定潜热通量和显热通量,使用常规气象观测仪器监测净辐射和土壤热通量,采用最小二乘法(Ordinary Least Squares,OLS)和能量平衡比率法(Energy Balance Ratio,EBR)计算能量闭合度,结果表明:兴安落叶松林生长季净辐射总量为379 MJ·m~(-2);显热通量、潜热通量、土壤热通量、冠层热储量生长季总量分别为91.21 MJ·m~(-2)、140.64MJ·m~(-2)、16.9 MJ·m~(-2)、5.53 MJ·m~(-2);显热通量占净辐射的24%,潜热通量占净辐射的37%,土壤热通量及冠层热储量占净辐射比例较小,分别为4%和1%。生长季闭合度0.63。兴安落叶松林生长季能量支出以潜热通量为主。通过计算得出的能量闭合度表明,本站点存在不闭合现象,但仍处于全国通量观测站点平均水平。     

基于波文比系统的巨菌草蒸散发过程及影响因素

基于波文比系统研究了巨菌草生育盛期的蒸散发(ET)动态及影响因素.结果表明,波文比趋于-1时的不同异常值判定范围显著影响潜热和显热通量,使用预测均值匹配和随机森林两种方法对异常值进行插补均可得到有效的完整序列.净辐射、潜热通量、显热通量和土壤热通量的平均值分别为111.35、81.55、32.28和-2.72 W·m^-2.ET日均值为-0.12～5.31 mm,平均值为2.88 mm.ET小时动态均为单峰变化过程,晴天和阴天条件下的峰值分别为0.6和0.3 mm.利用逐步回归方法得到的巨菌草ET气象影响因素可以解释95%的变化.巨菌草生育盛期的作物系数为1.67,解释率为87%.     

用涡动相关技术观测长白山阔叶红松林蒸散特征

该文利用开路涡动相关系统测定了长白山阔叶红松林2003年蒸散量(潜热通量LE),并分析了其日、季变化特征.结果表明,该观测系统的能量平衡闭合度为86.5%,处于国际同类观测闭合度范围(60%～90%)的中上水平,说明长白山涡动相关法观测数据可信度较高.潜热通量与净辐射(Rn)呈二次曲线关系,与气温(Ta)呈指数关系,模拟出的LE日总量与Rn、Ta经验关系式,可对LE缺值进行插补.森林蒸散量日变化特点是白天高于夜间,中午最高,夜间潜热通量和显热通量(H)有低估的现象;季节变化特点是7、8月份蒸散量最高,冬季较低,且蒸散量在净辐射中所占的比例为生长季明显高于非生长季.该森林蒸散年总量为1 126.99 MJ/m2,相当于450.8 mm降水量,占年总降水量(538.4 mm)的83.7%. 关键词:森林蒸散, 能量平衡, 涡动相关法, 阔叶红松林      

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%。     

用拉格朗日反演模型模拟长白山森林蒸散

该文以长白山阔叶红松林为研究对象，以Raupach提出的Localized Near Field（LNF）理论为依据，耦合垂直速度标准差σw（z）和拉格朗日时间尺度TL（z），建立林冠内水汽源/汇强度和平均浓度廓线之间的关系；利用拉格朗日反演模型提出了通过林冠水汽浓度梯度计算林冠内的水汽源/汇强度进而推算森林蒸散的方法. 模拟结果与开路涡动相关系统的观测资料比较显示:白天水汽累积通量的模拟精度达到81%，模拟值高出实测值约15%～25%；夜间模拟值比实测值高出2～4倍，其原因尚不清楚.观测期内全天水汽总量模拟值298.91 mm，观测值为240.33 mm. 最后，讨论了水汽源/汇强度及其通量随时间和高度的演变过程.      

北京城市森林生态系统能量分配的季节动态研究

  目的  森林是陆地生态系统的主要组成部分,对全球碳水循环和能量交换过程有重大影响,然而对城市森林生态系统能量交换过程的了解仍很有限,本文在北方城市森林开展生态系统水热通量的机理研究,对制定科学合理的人工林水分管理策略具有重要意义。  方法  本研究利用涡度协方差观测法,探讨了2018年北京奥林匹克森林公园各表面能量组分的日变化和季节变化,以及控制能量分配的主要生物物理因子。  结果  全年日均净辐射通量（R_n）为133 W/m2,日均感热通量（H）为23.6 W/m2,日均潜热通量（LE）为26.9 W/m2。波文比（β = H/LE）为0.88。在非生长季,感热通量大于潜热通量,在生长季开始,潜热通量逐渐超过感热通量,占据主导地位。Priestley-Taylor系数（α系数）、冠层导度（g_s）和解耦系数（Ω）都与土壤含水量（VWC）和归一化植被指数（NDVI）呈正相关的关系,与饱和水汽压差（VPD）则呈现先上升后下降的关系。β与VWC、VPD和NDVI都呈现负相关的关系。VWC和VPD通过影响冠层导度,控制潜热通量及能量分配。  结论  本研究结果表明:干旱条件能显著降低生态系统冠层导度,从而降低潜热通量,影响能量分配。此外,为提高潜热通量比例,最大化城市绿地的降温功能及其价值,在冠层构建期和生长季干旱期进行一定程度的灌溉是一项合理的用水管理措施。      

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。     

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。     

小麦水热、CO2通量特征和能量平衡分析（英文）

[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。     

能量平衡融雪模型在天山西向阳坡的应用(英文)

[目的]验证能量平衡融雪模型在天山西向阳坡融雪速率预测中的适用性。[方法]实验在天山积雪雪崩研究站进行。在天山西向阳坡设置了3个融雪水收集样点,测定每小时的融雪径流量。应用能量平衡融雪模型计算感热和潜热量,并对融雪速率进行预测。最后对预测结果的精确度进行了详细探讨。[结果]结果表明,感热通量和潜热通量分别占能量输入的13.4%和能量输出的15.1%。较低的Dv值和较高的R2值(分别为0.86、0.92和0.91)表明模型预测的融雪水当量与实测值一致。[结论]本研究证明能量平衡融雪模型是一个有效的融雪预测工具。     

基于海气耦合浮标分析北欧海夏季海气热通量及其对ERA-Interim/OAFlux的评估

基于2012年我国首次在北欧海进行了23 d连续的现场浮标观测的海表面空气温度、湿度、风速和海表皮温等观测资料,利用COARE 3.5块体算法计算得到海气界面湍流热通量,感热通量为9.34 W/m~2,潜热通量为31.55 W/m~2(海洋向大气为正)。ERA-Interim和OAFlux是国际通用的海洋气象数据集,将浮标观测结果与两类数据集进行了对比分析和验证。结果显示:北欧海暖流区夏季海气温差对于海气界面的感热输送起到主要影响作用,而在中低风速(10 m/s)的情况下对潜热输送起主导作用的是海气间的湿度差。在夏季北欧海暖流区域内ERA-Interim和OAFlux相对于使用COARE计算的浮标感热通量分别偏高和偏低12.58%与26.33%,造成差异的主要因素是两个数据集对海表皮温和海表气温的估算误差;ERA-Interim和OAFlux对潜热通量分别偏高17.54%和7.76%,造成差异的原因是对海表空气湿度的估算误差。