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。     

沙漠地区不同下垫面近地表沙尘水平通量研究

沙漠地区近地表水平输送的沙尘物质通量及其随高度的变化特征直接影响着沙尘的输送过程。选择塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区的典型沙丘、平沙地为观测点,利用BSNE集沙仪,对2008-2009年11次典型沙尘天气过程中近地表0～200 cm不同高度层沙尘物质的水平输送进行了测量,对其随高度变化特征进行分析,计算近地表水平运动的总沙尘通量。结果表明：近地表0～200 cm范围内,在沙丘顶部和平沙地沙尘水平通量均随高度呈显著降低趋势,在这2种下垫面条件下,沙尘水平通量随高度的变化均较好地符合幂函数关系;在沙丘顶部,通过100 cm（宽度）×200 cm（高度）空间断面的总沙尘水平通量为3 721.0 kg,平沙地通过相同大小断面的沙尘水平通量为2 252.9 kg,比沙丘顶部减少了39.5%;沙丘顶部与平沙地PM80的总水平通量分别为996.8 kg和678.9 kg。     

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。     

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.     

塔克拉玛干沙漠北缘夏秋冬季地表能量平衡闭合特征北大核心CSCD

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘陆—气相互作用观测站2014年7—12月的陆面通量数据,通过最小二乘法（OLS）和能量平衡比率法（EBR）研究该地区能量平衡闭合特征。结果表明：能量通量各分量均呈倒＂U＂形单峰变化趋势,除潜热通量外,均有明显的季节变化特征,表现为：夏季〉秋季〉冬季。能量平衡闭合程度：全天〉白天〉夜间,且具有逐月递减的变化趋势。地表以下5 cm处土壤热通量下的能量闭合程度明显高于地表土壤热通量下的能量闭合程度。能量闭合率在日出日落时段波动剧烈,夜间为负,且下午明显高于上午。不同天气下的能量闭合程度表现为：晴天〉阴天〉沙尘暴〉降雨。     

塔克拉玛干沙漠北缘沙尘暴源区地表沉积物粒度特征

研究表明,在肖塘地区,地表沙主要以细砂(0.125～0.25 mm)为主,占48.35%,极细砂(0.062 5～0.125 mm)占30.05%,中砂(0.25～0.5 mm)占14.34%,粉砂(0.003 9～0.062 5 mm)占6.09%,同时丘间沙有黏土(0.000 02～0.003 9 mm)存在,含量在0.5%～0.8%;以细砂为主是造成肖塘地区沙尘暴结束后,很少出现浮尘天气的主要原因,也是造成该地沙尘暴主要以就地起沙为主,只有少数几次较强的天气系统形成远源沙尘暴;沙丘砂样分选良好,标准偏差(σ1)为0.61,其次是胡杨林带和生态防护林带,分别为0.65,0.69,古河床的砂样分选最差为1.31,河床沉积土为1.64;沙尘暴输沙贡献以沙为主,河床裸露面积小,表土胶结紧实,对沙尘暴沙源贡献不大.     

策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿近地表沙尘水平通量观测

沙漠地区近地表水平输送的沙尘物质通量及其随高度的变化是沙尘输送过程的重要表现特征。在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲-荒漠过渡带风沙前沿平坦沙地的风沙观测场,利用BSNE集沙仪对近地表（2 m）不同高度沙尘物质的水平输送进行了观测,对其随高度变化特征进行了分析,并对近地表水平运动的沙尘通量进行了计算。结果表明：观测点沙尘物质的水平通量随高度的增加而减小,与高度的关系可用幂函数和指数函数表示;55%～58%的沙尘量在地表0.5 m高度以内传输;73%～75%在地表1 m高度以内传输;87%～89%在地表1.5 m高度以内传输;2010年5月25日至2011年5月24日,通过0～2 m高度的单宽总输沙量为1 846.7 kg•m^-1;其中PM80、PM50的输送量分别为1 192.0 kg•m^-1、387.9 kg•m^-1。     

基于改进的SEBS模型的作物需水量研究

为了探讨以蒸散发为基础的作物需水量情况,便于为农业生产提供数据支持,利用风云三号、风云二号气象卫星数据,结合自动站气象数据,基于改进的SEBS模型对山西省进行作物需水量研究。结果表明:通过与实测数据对比验证发现模型结果精度较高。山西省2012年3—9月全省日均作物需水量最大值出现在春季的5月份,为1.27 mm,其中,以单季作物为代表的晋东北和中西部日均作物需水量最大值均出现在5月,分别为1.05 mm和1.38 mm;以双季作物为代表的晋东南日均作物需水量最大值出现在5月和7月,分别为1.28 mm和1.23 mm。可见山西省作物需水量普遍以春季最大,其中尤以中西部突出,晋东北则相对最低。     

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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Near-surface sand-dust horizontal flux in Tazhong-the hinterland of the Taklimakan Desert

Tazhong is the hinterland and a sandstorm high-frequency area of the Taklimakan Desert. However, little is known about the detailed time-series of aeolian sand transport in this area. An experiment to study the sand-dust horizontal flux of near-surface was carried out in Tazhong from January to December 2009. By measuring the sand-dust horizontal flux throughout sixteen sand-dust weather processes with a 200-cm tall Big Spring Number Eight (BSNE) sampler tower, we quantitatively analyzed the vertical variation of the sand-dust horizontal flux. And the total sand-dust horizontal flux of different time-series that passed through a section of 100 cm in width and 200 cm in height was estimated combining the data of saltation movement continuously recorded by piezoelectric saltation sensors (Sensit). The results indicated that, in the surface layer ranging from 0-200 cm, the intensity of sand-dust horizontal flux decreased with the increase of the height, and the physical quantities obeyed power function well. The total sand-dust horizontal flux of the sixteen sand-dust weather processes that passed through a section of 100 cm in width and 200 cm in height was about 2,144.9 kg, the maximum of one sand-dust weather event was about 396.3 kg, and the annual total sand-dust horizontal flux was about 3,903.2 kg. The high levels of aeolian sand transport occurred during daytime, especially from 13:00 to 16:00 in the afternoon. We try to develop a new method for estimation of the detailed time-series of aeolian sand transport.     

Sand flux estimation during a sand-dust storm at Tazhong area of Taklimakan Desert, China

In this paper, the sand transport during a sand-dust storm in the Tazhong area of the central Taklimakan Desert from 11:29 to 23:56 on July 19, 2008 was observed and measured in real time. The sand flux at Tazhong was estimated using sand transport empirical formulas. The critical friction velocity at Tazhong was 0.24 m/s and the functional relation between the wind speed and sediment discharge at the height of 2 m was established. It was also found that the calculated values by Lettau's sediment discharge formula were close to those of the instrument measurements. The horizontal sand flux and the vertical sand flux during this sand-dust storm at Tazhong were respectively 258.67×10-4 kg/(m·s) and 40.07×10-7 kg/(m2·s).     

参考作物蒸散量计算方法在极端干旱区的适用性

参考作物蒸散量不同计算方法在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地的适用性鲜有研究。依据塔克拉玛干沙漠腹地收集的2005-2010年的气象资料,以Penman Monteith为标准,运用8种参考作物蒸散量不同计算方法,探讨在塔克拉玛干沙漠腹地的适用性及计算结果的差异性。结果表明：在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地,Penman1948、FAO24-Penman、Irmark Allen、Makkink、Priestley Taylar计算结果偏小,而FAO Penman修正法计算结果偏大,仅Kimberley Penman和Hargreave与Penman Monteith的计算结果没有显著差异。 以2004年3-12月气象资料检验Penman1948、FAO24-Penman、Irmark Allen、Makkink、FAO Penman修正法和Priestley Tayla修正公式,计算结果与Penman Monteith月偏差仍然较大。偏差较大的原因是3种Penman计算方法均采用了不同的风速修正方法,由风速引起的空气动力项所占的参考作物蒸散量月贡献率不同,而Irmark Allen、Priestley Taylar和Makkink 3种方法仅考虑了辐射项,忽略了空气动力项。因此,这6种计算方法在极端干旱的塔克拉玛干沙漠不适用,仅有Kimberley Penman和Hargreave可以适用。     

塔克拉玛干沙漠土壤种子库特征初探

通过野外采样和室外萌发的方法,研究了塔克拉玛干沙漠公路沿线6种立地类型的土壤种子库特点.其主要结论:①所有立地类型的土壤种子库密度都很小.立地类型I,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,V,Ⅵ的土壤种子库密度分别为:(46.20±4.45)粒/m2,(27.50±5.58)粒/m2,(15.00±3.37)粒/m2,(6.52±0.87)/m2,(10.00±2.42)粒/m2和(50.00±5.50)粒/m2.②所有立地类型土壤种子库中所出现的物种数量都很少.③所有立地类型土壤种子库中出现的物种生活型,一年生草本并不占优势.④在塔克拉玛干沙漠空间分布上,沙漠南缘和北缘的土壤种子库密度和物种多样性较大,而中部的密度和物种多样性较小.     

Blown sand motion within the sand-control system in the southern section of the Taklimakan Desert Highway

Although scientists have performed many studies in the Taklimakan Desert, few of them have reported the blown sand motion along the southern edge of the Taklimakan Desert Highway, which differs significantly from the northern region in terms of aeolian sand geomorphology and formation environment. Based on the field observation data of airflow and aeolian sand transport, continuous monitoring data of erosional and depositional processes between 14 April 2009 and 9 April 2011 and data of surface sand grains from the classical section along the southern edge of the Taklimakan Desert Highway, this paper reported the blown sand motion within the sand-control system of the highway. The main results are as follows: 1) The existing sand-control system is highly effective in preventing and controlling desertification. Wind velocities within the sand-control system were approximately 33%–100% of those for the same height above the mobile sand surface. Aeolian sand fluxes were approximately 0–31.21% of those of the mobile sand surface. Sand grains inside the system, with a mean diameter of 2.89 φ, were finer than those(2.15 φ) outside the system. In addition, wind velocities basically followed a logarithmic law, but the airflow along the classical section was mainly determined by topography and vegetation. 2) There were obvious erosional and depositional phenomena above the surface within the sand-control system, and these phenomena have very consistent patterns for all observation points in the two observed years. The total thicknesses of erosion and deposition ranged from 0.30 to 14.60 cm, with a mean value of 3.67 cm. In contrast, the deposition thicknesses were 1.90–22.10 cm, with a mean value of 7.59 cm, and the erosion thicknesses were 3.51–15.10 cm, with a mean value of 8.75 cm. The results will aid our understanding of blown sand within the sand-control system and provide a strong foundation for optimizing the sand-control system.     

塔克拉玛干沙漠腹地气流轨迹模拟

文中采用NCEP 1°×1°再分析资料,利用美国NOAA空气资源实验室(ARL)研发的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模式Hysplit,对2011~2012年春季到达塔中气象站上空近地面和海拔5000m两个高度上气流的3天后向轨迹进行了聚类分析。2011~2012年春季,气流轨迹主要有西北路径和西方路径两种。各个高度上两种路径均有出现,但均以西方路径为主,分别占轨迹总数的90、和81%。在2011年春季分别占93和91%,在2012年春季分别为65和88%。随着高度的升高,西方路径比重增大,而西北路径比重减小。本次轨迹模式聚类分析的结果进一步定量印证了气流在高空的纬向性传播特征,在近地面与寒潮高压的传输路径有关。     

塔克拉玛干沙漠荒漠过渡带空气动力学粗糙度分析

根据塔克拉玛干沙漠北缘荒漠过渡带哈德、肖塘2个试验点的风、温梯度观测数据,利用风速比法计算了中性大气层结、无风沙运动条件的空气动力学粗糙度[WTBX](z0),并分析探讨z0[WTBZ]与下垫面状况、大气稳定度及风速的相互关系。结果表明：哈德、肖塘中性条件下z₀的取值范围分别为 1.81×10^-11～1.20×10^-3m,1.00×10^-11～1.65×10^-3m,平均值为2.70×10^-5m 和6.05×10^-5m,与平坦沙面的值较为接近;z₀随下垫面性质变化明显;空气动力学粗糙度总体上随着理查逊数(R_i)增大而变大,但又呈现出一定的离散程度;空气动力学粗糙度与2 m高度风速呈显著的负指数关系;大气稳定度对空气动力学粗糙度的影响作用有待于进一步确定。      

塔克拉玛干沙漠沙物质成分研究

作者运用多种手段，研究了塔克拉玛干沙漠沙的矿物成分、化学成分，沙物质中角门石的化学组成和石英氧同位素组分。查明了塔克拉玛干沙漠沙在物质成分上表现出的地域性差异，以及不同产出类型沙的相互关系。     

塔克拉玛干沙漠腹地一次强降水天气分析

１９８８年７月下旬塔克拉玛干沙漠地满西异井测站出现了一次强降水天气,日降水量达２８．６ｍｍ证实了在大尺度环流背景下,中小尺度天气系统的影响及午后局地对流发展旺盛时,沙漠腹地同样也能出现强度较大的降水天气。