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.     

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。     

基于集对分析的泾河河川径流多时间尺度变化研究

应用EMD方法对泾河张家山水文站1956~2005年还原径流系列进行多时间尺度分析,结果表明泾河年径流量具有复杂多时间尺度的周期性,其变化特性分别具有准2~4、准4~8和准11~13的周期。运用SPA方法研究泾河年径流量与EMD中基本模式分量IMF的关系表明,泾河年径流量与IMF分量的联系在短周期上仍以同一性为主,在中周期以对立性为主,在长周期以差异性为主。     

基于EMD的洮河年径流量变化多时间尺度分析

在分析小波变换不足之处的基础上,提出了水文时间序列多分辨率分析的EMD方法,并将其应用于洮河天然年径流量时序波动特征的多时间尺度研究。结果表明其年径流量变化存在准2~6年、准8~10年、准26年的波动周期,并分析了各分量的趋势变化。EMD方法作为一种全新的非线性、非平稳信号处理理论,可以更精确地提取水文时序中不同波动周期的分量,在水文水资源系统变量的分析及预测中具有广阔的应用前景。     

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。     

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。     

北麓河地区多年冻土地表能量收支分析

青藏高原地表能量影响高原生态环境的演变、水资源利用及地表工程的稳定性.以青藏高原北麓河气象站2012年10月～2013年10月气象资料和浅层地热流为基础,分析了北麓河地区地表能量收支和平衡特征.结果表明:1)北麓河多年冻土区能量平衡各分量冬季较小,夏季较大,净辐射、潜热、感热和地表土壤热通量年平均分别为72W/m2、24.6W/m2、65.5W/m2和-18.3W/m2;2)月平均感热大于潜热,年平均地表土壤热通量为负值,天然地表多年冻土处于相对稳定的状态,与五道梁、西大滩和唐古拉地区有明显区别;3)夏季降雨作用时间短暂,潜热影响有限,但降雨入渗引起的液态水分对流传热、水汽对流和扩散潜热对地表能量收支分析和土壤内部水热动态变化的影响不可忽略.     

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。     

论地表能量不平衡的原因及其解决办法

地表能量不平衡问题一直是困扰地-气相互作用的难点之一。总结国际和国内一些观测试验不同下垫面的能量平衡状况,介绍了表征地表能量平衡状况的常用统计方法,并对能量不平衡的不同因素进行了探讨。浅层土壤热储存,由气温变化、光合作用和植被热储存等引起的地上热储存,以及垂直平流都会影响地表能量平衡。此外,由于不同能量分量足迹的差异,不均匀下垫面会影响通量观测的代表性和准确性,而且还会诱发中尺度环流和大尺度涡旋等复杂大气运动,不平稳的大气状态和夜间非充分混合的湍流,同样会困扰湍流通量的观测。为此,在对湍流通量严格质量控制的基础上,从单点涡动相关（简称EC）系统的平流热通量修正、多点EC的通量空间平均和大孔径闪烁仪（简称LAS）等通量足迹较大的通量修正等方面,对能量不平衡问题提出解决办法。建议在湍流混合不充分时,利用Penman-Monteith公式计算地表潜热;并对EC水汽通量与蒸渗计观测的真实地表蒸散进行了简单讨论,提出了大型蒸渗计算地表潜热通量的可能试验方法。
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最大熵增蒸散模型在中国区域的应用及时间尺度对比分析

为解决传统蒸散发计算中模型参数、模型缺陷和不确定性等问题,基于最大熵增蒸散发（MEP）模型的模型假设,针对我国不同植被覆盖下的蒸散发（潜热）通量进行估算,并分析半小时、日、周、月等不同时间尺度下的模型表现,以期获得适合我国区域的蒸散发计算方法。结果表明：MEP模型具有较好的模型计算表现,与多个站点的涡度相关实测数据较为接近;MEP模型在半小时尺度上应用更优,所有站点的潜热通量平均决定性系数（R²）为0.75,周、月尺度上潜热通量精度较显热通量高。对MEP模型的两个输入参数（表面温度和比湿）分析表明,表面温度对预测结果影响较大。MEP模型精度高且具有所需输入参数少的优势,研究结果可用于对各种植被覆盖地表的蒸散发估算。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

LAS测定显热通量的影响因子分析

利用 2 0 0 2年 3月 2 6日～ 7月 30日期间北京市昌平区小汤山镇裸地上大孔径闪烁仪 ( LAS)、涡度相关技术 ( Eddy)、波文比 ( Bowen)测定的显热通量及其它相关的观测资料 ,分析了 LAS测定的显热通量在不同的天气条件下的变化特征 ,并将 LAS测定的显热通量与各深度的土壤水分含量、土壤表面温度和水平风速作了相关性分析 ,通过对这些影响因子进行分析将有助于提高 LAS测定显热通量的精度。同时将 L AS测定的显热通量与涡度相关和波文比的观测值进行了对比分析 ,探讨了在均匀下垫面上 LAS测定的显热通量区域平均值与涡度相关和波文比测定的单点值之间的关系 ,有助于进一步研究均匀下垫面上显热通量的尺度转换效应     

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。     

北方寒区日光温室冬季基质袋培番茄蒸腾量模拟

北方寒区日光温室冬季生产基本无通风,为了探寻室内弱光、高湿、低温及低风速环境下的番茄蒸腾量模拟模型,基于Penman-Monteith（P-M）方程及适应此特定环境的边界层空气动力学阻力、气孔平均阻力、土壤热通量等参数模拟了温室长季节栽培番茄（Lycopersicon esculentum Mill）单株的蒸腾速率并进行了试验验证,揭示了蒸腾速率与净辐射、饱和水汽压差的日变化规律,确定了蒸腾速率与植株上方净辐射的定量关系,检验了土壤热通量取值对蒸腾速率的影响。结果显示：2017-12-11—2018-01-03室内太阳总辐射最大值367 W·m^-2、夜晚及阴天相对湿度接近100%、室内风速接近0 m·s^-1的情况下,单株植株边界层空气动力学阻力变化范围晴天为147~438 s·m^-1,阴天为 211~365 s·m^-1;气孔平均阻力晴天69~1 506 s·m^-1,阴天132~1 151 s·m^-1;P-M方程模拟的单株番茄逐时蒸腾速率在晴天、阴天中午的平均值分别为0.06、0.02 mm·h^-1,模拟值与实测值比较,平均相对误差约为10%。研究还表明,单株番茄上方净辐射量的43.5%通过蒸腾作用转化为潜热;试验环境下,土壤热通量的取值变化对蒸腾速率影响不大。研究确定的蒸腾速率估算模型可为北方寒区冬季日光温室基质袋培番茄蒸腾量估算以及水分管理提供参考。