黄河源玛多县退化草地土壤温湿度变化特征

土壤水热状况变化是退化草地土壤的主要特征,对退化草地生态系统具有重要的影响。研究青藏高原退化草地的土壤温湿度变化规律,可以对高原草地在各季节、各时段的土壤温度和湿度变化进行动态预测,同时,对于退化草地的恢复和改善环境具有指导意义。选择青藏高原玛多地区典型退化草地,利用一年的观测数据,计算土壤温度、土壤湿度及土壤热通量的季节变化和年变化特征,分析土壤温度和湿度及热通量之间的相互关系。结果表明：在季节变化上,土壤温度和湿度在夏季均为最大值,土壤温度在各季节的变化趋势较一致,土壤热通量变化幅度比温度和湿度大,日振幅达到102 W•m^-2;在年变化上,土壤湿度在6月出现最大值,12月出现最小值,极值年较差为12.6％。春季和夏季的土壤热通量均大于0 W•m^-2,冬季均小于0 W•m^-2。青藏高原退化草地土壤温湿度及热通量存在明显的季节变化和年变化特征,就土壤湿度而言,夏季是高原的湿润期,春季和秋季为干旱期。青藏高原地区土壤从11月开始冻结,次年4月开始解冻。土壤热通量在春季和夏季均为正值,说明这一时段热量由大气向土壤传递;冬季则相反,热量由土壤向大气传递。整体而言,土壤温度和湿度及土壤热通量之间的关系呈显著正相关。     

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。     

(土娄)土剖面CO_2释放通量的变异特征

采用碱液吸收法,对(土娄)土剖面CO2通量进行连续1年的定位观测研究。结果表明:(土娄)土剖面CO2通量具有明显的、较为复杂的季节变化规律,8月下旬最高,冬季最低;一般情况下观测期间耕作区(土娄)土剖面CO2通量呈现表层低-中部高-底层低的分布特征;休闲区(土娄)土剖面CO2通量的季节变化和剖面变化与耕作区相类似,但是在土剖面CO2通量的变化剧烈程度和复杂性方面,耕作区表现的更为明显。土壤温度是影响土剖面CO2通量的主要因素,二者间存在极显著的指数函数相关关系(P0.01);土壤含水量与土剖面CO2通量之间也有着一定的相关关系,但是与土壤温度相比其属于次要地位。土壤CO2释放通量与土壤含水量之间存在一个最适土壤含水量,随着剖面深度的增加,最适土壤含水量逐渐增大。     

天山中段雪岭云杉林区辐射特征分析

利用天山中段雪岭云杉林区全年辐射观测资料,分析了云杉林区辐射平衡各分量的年、季节和日变化特征。结果表明：林区辐射平衡各分量呈现出明显的年变化和日变化特征。6-8月的向下短波辐射高于其他月份,12月份出现最小值。向下、向上长波辐射和净辐射通量的变化趋势与之相同,10月开始逐渐减小,最小值出现在12月,3月开始缓慢增加,至...     

高寒矮嵩草草甸植物生长季土壤水分动态变化规律

利用2001年和2003年土壤水分观测资料分析了中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站(海北站)矮嵩草草甸土壤水分的日变化、植物生长季期土壤水分的季节变化及垂直变化规律。结果表明:高寒矮嵩草草甸土壤水分的日变化在各季节表现出早晚高,中午低的U型分布变化;在植物生长季土壤水分的季节变化与植物生长、土壤消融与冻结、气候条件等有很大的联系,少降水年与多降水年变化基本一致;土壤水分随土层深度增厚而降低;根据植物根系对土壤水分利用情况将土层分为根系利用层和根系微利用层。     

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。     

从等温线的变化看中国大陆对全球升温的时空响应

利用中国气象中心160站点的实际观察资料,对中国半个世纪的气温变化进行了分析。通过利用插值法对各个站点的数据进行处理,分别做出50年代和90年代多年平均的冬夏季节以及年等温线。通过对比每个季节不同年代的等温线,发现中国的年等温线分布态势由夏季气温分布主宰。在这半个世纪中中国冬季和夏季等温线的分布以及变化存在很大的不同:冬季等温线基本上向高纬度方向移动,而夏季以高温和低温中心为基点,向高温或低温方向移动。夏季等温线变动幅度相对小,但夏季存在区域性的降温现象。在幅度上,等温线移动基本上是由南向北普遍增大,西北地区最大。最后对等温线的变化所揭示的气温变化规律以及气温变化的时空差异进行了机理上的分析和讨论。     

青藏高原东缘高寒草甸生态系统碳通量变化特征及其影响因素

利用涡动相关技术对青藏高原东缘阿柔的碳通量进行了连续观测,定量分析了高寒草甸碳通量的变化特征及其影响因素。结果表明:1)阿柔草甸碳通量的日变化基本呈现单峰曲线,吸收峰值出现在正午前后,晚间为碳排放。碳通量的日变化具有较大的季节差异,生长季变化幅度大,非生长季变化幅度小;2)阿柔草甸碳通量的变化受到辐射、土壤温度及昼夜温差等环境因子的影响。青藏高原生长季辐射强,雨热同期,有利于高寒草甸的碳累积,夜间低温和非生长季的低温也减弱了碳排放;3)阿柔高寒草甸的碳吸收量为156.0g/m2/year,碳汇功能明显。它的平均Q10为3.28,高于低海拔草地生态系统Q10,说明青藏高原高寒草甸生态系统呼吸对温度上升的反应更为敏感,具有较大的碳释放潜能。     

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。     

全球变暖背景下中国气温时空差异响应

利用中国气象中心160站点的实际观察资料,对中国半个世纪的气温变化进行了系统分析。通过M ann-Kendall趋势分析方法和相关分析法,对各个站点的数据进行处理,对各地的升温响应时间(升温突变时间)同纬度的关系进行了季节对比,发现气温变化趋势和幅度因季节变化存在区域差别:冬季升温范围大,夏季升温成零星状分布;冬季升温更为强烈,夏季升温幅度小,且纬度对各个季节增温幅度的影响也存在着很大的差异:温度越高,升温幅度越大,增温幅度有着非常明显的纬度效应;增温幅度在经度上的季节差异大体上以97°E为界,东西部差异明显。最后针对引起这些升温变化时空差异的可能机制进行了探讨。     

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。     

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%。     

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     

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。     

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.     

Eddy covariance measurements of water vapor and energy flux over a lake in the Badain Jaran Desert,China

Exploring the surface energy exchange between atmosphere and water bodies is essential to gain a quantitative understanding of regional climate change, especially for the lakes in the desert. In this study, measurements of energy flux and water vapor were performed over a lake in the Badain Jaran Desert, China from March 2012 to March 2013. The studied lake had about a 2-month frozen period(December and January) and a 10-month open-water period(February–November). Latent heat flux(LE) and sensible heat flux(Hs) acquired using the eddy covariance technique were argued by measurements of longwave and shortwave radiation. Both fluxes of longwave and shortwave radiation showed seasonal dynamics and daily fluctuations during the study period. The reflected solar radiation was much higher in winter than in other seasons. LE exhibited diurnal and seasonal variations. On a daily scale, LE was low in the morning and peaked in the afternoon. From spring(April) to winter(January), the diurnal amplitude of LE decreased slowly. LE was the dominant heat flux throughout the year and consumed most of the energy from the lake. Generally speaking, LE was mostly affected by changes in the ambient wind speed, while Hs was primarily affected by the product of water-air temperature difference and wind speed. The diurnal LE and Hs were negatively correlated in the open-water period. The variations in Hs and LE over the lake were differed from those on the nearby land surface. The mean evaporation rate on the lake was about 4.0 mm/d over the entire year, and the cumulative annual evaporation rate was 1445 mm/a. The cumulative annual evaporation was 10 times larger than the cumulative annual precipitation. Furthermore, the average evaporation rates over the frozen period and open-water period were approximately 0.6 and 5.0 mm/d, respectively. These results can be used to analyze the water balance and quantify the source of lake water in the Badain Jaran Desert.     

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。     

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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