青藏高原东部高寒草原地表能量交换特征(英文)

青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原,其独特的地形地貌特征对东亚乃至全球大气环流有重要影响.由于地表特征不同,高原不同区域地表热力特征也有显著差异.高原的东部边缘地表、植被和气象特征与高原其他区域明显不同,因此这一区域地表热力作用也与高原其他区域不同.本文研究了青藏高原东部玛曲草原地表能量交换的季节变化特征.玛曲草原冬季净辐射占入射太阳辐射的比例小于雨季,其差异主要由2个季节的地表反照率和湿度状况的差异引起.全年来看,净辐射大部分用水汽蒸发所需的热量.冬季由于土壤冻结加之降水稀少,净辐射主要用于加热地表和大气.雨季由于相对较高的气温、充足的降水及植被茂盛的生长力,净辐射主要用于水汽蒸发.在这一区域,降水的季节分布以及土壤的冻融状况对地表能量分配有重要影响.     

新疆草地植被的地上生物量

2004年对新疆地区的草地地上生物量进行了大范围的调查,据此估算了新疆6种主要草地类型的地上生物量密度和总量,并探讨了草地地上生物量与环境因子的关系。结果表明,草原类型中,荒漠草原的地上生物量密度最小 (34.9 g C·m^-2),草甸草原最大 (87.3 g C·m^-2),而典型草原 (53.2 g C·m^-2)和高寒草原 (47.7 g C·m^-2)介于两者之间;草甸类型中,山地草甸 (117.4 g C·m^-2)的地上生物量密度显著高于高寒草甸 (58.1 g C·m^-2)。6种草地的地上生物量总量为14.65 Tg C,约占全国的10%。地上生物量主要集中于高寒草原和高寒草甸,两者占总量的41.7%;其次是典型草原、山地草甸和荒漠草原,分别占19.0%、18.3%和14.6%;草甸草原因分布面积小而使得其地上生物量最小,仅占总量的6.4%。草原和草甸地上生物量的控制因子存在差异：草原地上生物量主要受降水控制,而草甸地上生物量则与温度相关。除受气候影响外,草原地上生物量还与土壤含水率、土壤总氮含量正相关,而草甸地上生物量与土壤含水率、土壤总氮含量均不相关。     

青藏高原公路路面结构水热差异变化分析

通过对青藏高原北麓河地区大气降水以及沥青路面和砂砾路面下部浅层土体水热变化的连续监测,分析路面结构中降水、地温以及水分变化之间的关系.结果表明,在降雨时段,5 cm深度土体水分增加,沥青路面下部土体的水分增量约为砂砾路面的2倍.砂砾路面20 cm及以下深度范围水分增加,而沥青路面下部水分变化量小于0.3%.砂砾路面下部土体间存在良好的水力联系,沥青路面结构中的隔水层阻隔了层中水热交换.面层中水分的波动与降水密切相关,基层水分变化受地温控制.路面结构的隔水层增加了面层的蒸发量,同时造成层下水分的大量聚集和路基储热量的增加,表现为基层地温明显高于面层.水热交换的差异是造成沥青路面热效应的重要原因之一.     

北疆地区不同草地类型MODIS植被指数变化动态及其与气候因子的关系

利用新一代卫星遥感数据TERRA/MODIS,结合地面20个气象台站提供的数据,以北疆地区为研究区域,分析了温性草原、低地草甸、山地草甸、温性草甸草原、温性荒漠草原和温性荒漠6种代表性草地植被指数的时空变化特征.以2004,2005年4～10月的月度变化为例,研究了不同草地类型在各个生长阶段植被指数的变化和草地的生长状况.研究结果表明,EVI对植被变化的敏感性要强于NDVI的,但是在植被生长状况较好的草地,NDVI比EVI更稳定.植被盖度比较好的草地类型(如温性草甸草原、山地草甸)的植被指数与温度和降水都表现出很强的相关性,但植被稀疏的草地(如温性荒漠、温性荒漠草原)的植被指数与温度的相关性比较弱,与降水的关系更弱.     

干旱、半干旱地区积雪变化及其与气候变化的关系——以新疆维吾尔自治区为例

基于新疆维吾尔自治区喀什站和乌鲁木齐站1993-2012年积雪、辐射、气温和降水量数据,分析了干旱、半干旱地区不同时间尺度下积雪与地表反照率、地表净辐射、气温和降水量变化以及它们之间的关系.结果表明:年际变化中,干旱地区积雪首日提前,积雪终日延后,积雪天数、积雪深度和积雪指数增加,促进了地表反照率和降水量的显著增大,使地表净辐射和气温降低;半干旱地区积雪首日延后,积雪终日提前,积雪天数减少,积雪深度和积雪指数的增加使地表反照率显著增大,其中积雪天数的变化明显抑制了气温升高,相关系数为-0.49.季节变化中,干旱地区冬季积雪增加,尤其是积雪深度的增加引起了降水量、地表反照率的增大与地表净辐射、温度的降低;半干旱地区春季积雪增多,地表反照率增大,降水量减少,由于积雪的提前消融,导致地表净辐射增大,使得春季增温最快,而秋季积雪减少,其他气候因子呈增加趋势,冬季积雪增加引起了降水量和地表反照率的增大与地表净辐射的减少,导致温度降低,其中积雪深度的变化与地表反照率、地表净辐射和降水量显著相关,相关系数分别为0.51、-0.58、0.68.月尺度上,干旱、半干旱地区积雪和地表反照率都在1-4月降低,10-12月升高,而地表净辐射、气温和降水量均在1-6月增加,7-12月减少,其他月份均无明显变化.     

城市及乡村大气边界层结构的数值模拟

建立了一个研究城乡非均匀下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式。模拟了城市及郊区、乡村下垫面的地面热量通量、地表温度、混合层高度及大气边界层结构等特征。对城乡之间的差别进行了对比。模式主要依赖于以下参数和物理量：地面反照率、下垫面粗糙度、土壤的可含水量、下垫面的热容量和热扩散系数、云量等参数。结果表明,本模式能合理地模拟不同地表热量平衡、地表气温、混合层高度、湍流交换系数、湍流动能、位温廓线等,以及它们的日变化。该模式所取参数主要针对北京市,时间为九月初,对于其他城市,参数应作相应的调整。本模式还可以用于其他均匀或非均匀下垫面的模拟。     

基于MODIS数据的博斯腾湖流域地表温度空间格局

为了辨析博斯腾湖流域地表温度时空分布对不同下垫面的响应特征,基于MODIS数据,利用分裂窗算法反演研究区的不同季节地表温度并对反演结果进行精度检验。结果表明:(1)MODIS地表温度产品在博斯腾湖流域的精度良好,可利用流域地表温度的空间格局研究;(2)博斯腾湖流域四季地表温度变化显著,春季温度分布在-17.02~31.52℃之间,夏季温度分布在-9.99~56.04℃之间,秋季温度分布在-16.45~37.31℃之间,冬季温度分布在-32.42~10.79℃之间;(3)不同土地利用地表温度的分布总体上沙漠/沙地的地表温度均值最高,旱地、裸岩等次之,积雪、草甸最低。内陆湖流域内地表温度和土地覆盖类型存在明显的时空差异性,在极端干旱地区绿色植被对温度降低具有一定的调节作用。     

祁连山南坡不同土地利用类型土壤物理特性及其持水能力研究

用环刀法进行野外采样,并结合室内实验方法,对祁连山南坡高山草原等7种土地利用类型的土壤物理性质、枯落物持水量、土壤持水量进行研究.结果表明,7种土地利用类型的土壤密度均为上层小于下层,不同土地利用类型下的土壤密度由大到小为退化草地、高寒草甸、荒漠草原、高山草地、山地草原、沼泽草甸、湿地.土壤的总孔隙度均为上层大于下层,总孔隙度和土壤的最大持水量由大到小为湿地、山地草原、沼泽草甸、高山草地、荒漠草原、高寒草甸、退化草地.枯落物持水量最大的是湿地(57 t/hm~2),山地草原(35 t/hm~2)次之.自然含水量随土层的加深而减小,整体分布在6%～50%,最大的是沼泽草甸,湿地次之,最小的为荒漠草原.湿地、沼泽草甸、山地草原的土壤物理特性及其水源涵养功能明显好于退化草地、荒漠草原和高寒草甸.除退化草地和荒漠草原物理特性间的相关关系不显著外,其他的都较为显著(P<0.01或P<0.05).     

东北半干旱地区辐射收支与地表能量分析——以锦州地区为例

本研究利用2015年锦州通量观测站实测资料,对东北半干旱地区的地表辐射收支、能量平衡、地表反照率和能量闭合度等方面进行分析,得出以下结论:锦州地区向下短波辐射、地面向上短波辐射和地面向上长波辐射有明显的日变化特征,而大气向下长波辐射没有.该地区8月午后易产生对流云,致使向下短波辐射日变化在午后有明显波动.净辐射平均积分值8月为12.7 MJ/m~2, 12月为-0.9 MJ/m~2,冬季全天均由土壤向地表传递能量,所以夏季盈余的能量可能储存到深层土壤,在冬季释放.感热和潜热随净辐射有相同的增减趋势,日变化并不平滑,有多个峰值.平均地表反照率12月(0.21)明显高于8月(0.18).受不同天气条件影响,在不同季节,各辐射分量的日变化特征不同.降水通过改变土壤湿度会对感热、潜热和地表反照率产生影响.采用过原点和有截距两种不同的拟合方法来评估锦州冬夏的能量闭合度,对比结果发现,冬季能量闭合度均远低于夏季.     

6种城市下垫面热环境效应对比研究

选择6种具有代表性的城市下垫面(沥青路面、水泥路面、荷兰砖地面、草地、嵌草砖地面、大理石地面)作为观测对象,基于热红外成像技术对其地表温度特征进行观测,系统分析不同城市下垫面地表温度的日变化以及季节变化特征,并利用不同下垫面温度的时间标准差、空间标准差及时空数据标准差定量揭示城市不同下垫面地表温度的时空变化特征,对比研究不同下垫面的热环境效应,结果如下。1)不同下垫面地表温度的日变化一般呈先上升后下降的单峰形态,草地地表温度在不同季节的日变化波动差异较大。沥青的地表温度在全年均为最高,对热环境的影响较大;嵌草砖和大理石在全年的温度均较低,对热环境具有较好的缓解作用,且缓解作用在夏季最显著。2)不同下垫面地表日均温度全年均高于大气温度,表明城市下垫面对大气在一年中都有加热作用。3)气温、太阳辐射以及空气相对湿度对下垫面地表温度的影响均较为显著;气温和太阳辐射与下垫面地表温度之间呈正相关关系,对下垫面以增温作用为主;空气相对湿度与下垫面地表温度之间呈负相关关系,对下垫面增温起抑制作用。4)嵌草砖的热环境稳定性较草地和大理石要好;沥青路面的温度变化特征最能代表本研究观测区域下垫面地表温度的时空变化特征。研究结果对了解城市不同下垫面热环境具有一定参考意义,可为缓解城市热环境提供科学依据。     

几种典型地表类型反照率时序变化特征及其参数化研究

地表反照率对地表能量平衡、气候模式和全球变化研究具有重要的作用.受季节和下垫面影响,地表反照率呈现一定的时序变化特征,刻画这种变化特征可以为地表反照率估算提供背景信息,有利于提高反照率反演精度.目前已有许多研究致力于分析地表反照率时序变化特征和影响因素,但分析仅限于某一特定区域的一种或几种地表类型,同时对反照率与叶面积指数(leaf area index,LAI)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等影响因子的相关性还缺少参数化研究.本文使用美国通量观测网络AmeriFlux观测数据资料,利用该网络站点分布范围广、地表类型丰富的特点,选取其中代表性较强的站点观测数据,分析了落叶阔叶林、常绿针叶林、草地、农田4种典型植被类型地表反照率的时序变化特征.发现各植被地表类型反照率呈现"U"形年内变化特征,在植被生长季,落叶阔叶林、农田、草地3种地表类型反照率均先减小再增大后减小,而常绿针叶林地表反照率变化不明显.利用统计方法分别建立了地表反照率与LAI和NDVI的参数化模型,结果显示:2种估算地表反照率的参数化模型均能较好反映植被生长过程中地表反照率的变化特征,与地面实测数据相比,计算得到的地表反照率具有较高的精度;2种参数化模型估算得到的反照率一致性好,相关系数为0.721 9.该参数化方案可为地表反照率的进一步估算提供背景参考模型.     

水-温耦合作用的玄武岩纤维沥青混合料损伤特性研究

北方季节性冰冻区冬季气温低、夏季气温炎热,季节交替时冻融循环显著,再加上夏季降水冲刷作用使得路面受到严重的水和温度耦合作用损伤,致使沥青路面容易出现早期病害,如开裂松散、沉陷、坑槽等,因此提高季冻区沥青路面抗水-温耦合损伤能力具有重要的现实意义.本研究对水-温耦合作用下沥青混合料损伤特性研究,得出掺入玄武岩纤维可以改善沥青混合料劈裂强度、增强沥青路面抗拉强度和耐久性.     

沥青混凝土路面水破坏的主要原因与防治措施

公路工程沥青面层破坏的一个很重要的原因是水所引起的。沥青面层中水的来源有地面降水和路基中挤上来的水。大气降水渗到沥青面层中而排不出去,在汽车荷载及温度变化的作用下,使沥青面层产生破坏。冬春季节,降雪(白天融化后)和降水渗入路面,夜间冻结,第二天白天融化,夜间又冻结,这种多次反复冻融作用会使水破坏更严重。     

沥青混凝土路面水破坏的主要原因与防治措施

公路工程沥青面层破坏的一个很重要的原因是水所引起的。沥青面层中水的来源有地面降水和路基中挤上来的水。大气降水渗到沥青面层中而排不出去,在汽车荷载及温度变化的作用下,使沥青面层产生破坏。冬春季节,降雪（白天融化后）和降水渗入路面,夜间冻结,第二天白天融化,夜间又冻结,这种多次反复冻融作用会使水破坏更严重。     

路面温度日变化曲线的拟合

为了分析路面温度日变化特征,基于广州、宁波、大同3个地区为期1年的地面气象资料和水泥、沥青路面的实测温度,在分析路表温度分布特征的基础上,建立了基于晴天的路表温度日变化的二阶段拟合模型,通过引入修正系数ξ对多云天气路表温度日变化模型进行了修正;不同深度处路面温度日变化的拟合通过对路表温度日变化模型的日最高、日最低温度出现时刻及二阶段交接点时刻作相应的滞后调整。最后进行了实测数据检验。研究结果表明:水泥和沥青路表温度拟合值与实测值之间的偏差平均值Av.为-0.25℃~0.15℃,均方根误差ST.为0.8℃~1.2℃;不同深度处水泥路面和沥青路面日温度变化拟合值的Av.为-0.5℃~0.5℃,ST.小于2℃;研究结果可作为路面温度场热传导方程的上边界条件,为路面温度区划提供依据。     

粗糙度和稳定度对绿洲生态系统能量平衡的影响

研究了粗糙度和稳定度等对绿洲生态系统能量平衡的影响。地表粗糙度和大气稳定度是控制地气间能量交换的重要因子，研究表明，绿洲中植被的温度不仅受反照率、空气温度影响而且受大气稳定性和地表粗糙度的影响，在其他条件相同的情况下，大气稳定度越高（低），植被的温度越高（低），地表粗糙度越小（大）植被的温度也越高（低）。研究还发现，绿洲中总的蒸散量的多平衡态特征只有在稳定度低的时候出现。在相同的气候条件下，低矮的植被在干旱半干旱地区更容易发展起来。另外研究了层结不稳定和层结稳定的情况下绿洲生态系统能量交换的差异。     

寒区沥青路面的合理设计温度

针对目前寒区沥青路面设计温度的不合理性以及美国公路战略研究计划(SHRP)规定的局限性,结合辽宁省各地区的路面实测温度及其历年的气象资料,综合考虑了影响路面温度的内部主要因素(导热系数、热传递方式)和外部主要因素(气温、太阳总辐射、风速),对寒区沥青路面设计温度进行数值仿真,用数理统计方法研究气温和路面温度的回归关系,给出了沥青路面的高温设计温度和低温设计温度的计算公式。经验证,沥青路面的高温设计温度和低温设计温度计算公式符合统计规律,准确合理。     

中国藏北高寒生态遥感植被变化及成因分析

 利用NOAA/AVHRR-NDVI遥感数据研究了近20年藏北高寒生态系统植被变化趋势,发现藏北植被覆盖呈现出东部高,西部低的态势;依次是农作区和森林区>高寒草甸>高寒草原>高寒荒漠草原。空间分布显示NDVI显著增加或减少的区域分布在地势比较低的东部和中部地区的森林区和高寒草甸区,在海拔较高的西部地区的高寒荒漠草原NDVI变化趋势处于轻微变化或无变化。分析造成植被变化的气候原因（温度、降水,风）和人为原因,认为不同区域植被动态变化的主导因素不同;藏北东部地区,植被变化受人类活动因素影响比较显著;中部地区,同期气候条件有所改善,植被覆盖呈增加趋势,年平均最低温度和降水对植被生长具有正效应,而风力和辐射减少引起该区植被蒸散下降也有利于植被生长。藏北地区西部为无人区,不受人类活动太大的影响,因而藏北西北部的植被变化可能更多的表现出藏北高原植被的自然变动。     

全厚式沥青路面温度场预估模型

对沥青层厚大于30 cm的全厚式沥青路面的温度场进行分析。基于气温和太阳曝辐量影响的累积性特点,对我国4个地区路面温度实测数据和气象数据进行回归分析,并建立以气温、太阳曝辐量、路面深度为主要参数的不同地区沥青路面温度场预估模型。分析不同地区预估模型产生差异的原因,并引入历年的月平均气温作为地区修正系数,建立适用于各个地区的全厚式沥青路面温度场预估模型。结果表明,该预估模型具有较强的适应性和较高的预测精度。     

祁连山地区云物理参数特征及其与降水的关系

利用2006年1月-2015年12月的中分辨率成像光谱仪数据和网格化地面降水资料对祁连山地区云参数的时空特征及其与降水的关系进行了分析.结果表明,云量、云水路径、云顶温度、云粒子有效半径的区域平均值分别为55.50%、148.95 g/m~2、-21.13℃、21.04μm.过去10 a间,云量、云水路径和云粒子有效半径分别下降了2.3%、21 g/m~2和0.51μm,云顶温度上升了1.9℃.夏季云水丰沛、云发展旺盛且云滴较小,冬季则相反.云参数的高、低值中心的空间分布与研究区域的山脉走向一致.乌鞘岭地区与降水相关的云参数条件相对最好,冬季云参数的空间分布相对于其他季节有明显的变化.季节降水效率的区域平均值分别为9.53%(春)、12.54%(夏)、8.85%(秋)、3.51%(冬)且高值区均位于主山脉区.降水效率与云水路径相关性最好,与云顶温度相关性最差.云量、云水路径、云顶温度与降水效率相关性最好的季节均为冬季,分别为0.62、0.88、-0.52,云粒子有效半径与降水效率相关性最好的是秋季,为-0.60.