城市草地的小气候调节作用初步研究

草地是城市绿地的重要组成部分,其对小气候环境的改善作用需定量评估。故于5月在北京使用涡度相关系统连续观测草地与裸地水热通量、CO2通量及其环境因素数值。结果表明晴天草地所获得的净辐射能量约1/2用于植被蒸腾和土壤蒸发,约13%用于显热;而裸地所获得的净辐射能量约1/3用于土壤蒸发,约2/5用于显热。中午草地温度比裸地温度最小低约10℃,比气温最大高约4℃。草地上水汽浓度比裸地最大高约3 g/m3,约高出1/3,具有增湿作用。在植被生长季节草地是CO2汇,是氧气的源,CO2通量日平均约-0.07 mgm-2.s-1。草地发挥着降温增湿、释氧固碳、调节小气候等生态效应。     

古尔班通古特沙漠南缘绿洲净辐射及其热量通量的变化研究

对古尔班通古特沙漠及其南缘绿洲间各观测点的热通量、波恩比和净辐射进行了分析。结果表明，从沙漠到绿洲，下垫面获得的净辐射热量中，感热通量和土壤热通量所的占比例逐渐减少，而潜热通量的比例逐渐递增，离沙漠越远潜热通量越大；在12：00-18：00，绿洲裸地上波恩比在2．0—8．9变化，而在沙漠边缘为10-11；早上和晚上沙漠的净辐射高于绿洲，白天近地面净辐射绿洲大于沙漠。     

半干旱地区草地与裸地水热通量的研究

沙尘暴的发生与土体缺乏草本、灌木有效保护和植被覆盖度低有关,定量地研究半干旱地区草地与裸地水热通量具有十分重要的意义。涡度相关技术是直接测定下垫面和大气之间水热通量的相对标准观测方法,利用其测量草地和裸地水热通量(潜热和显热通量),结果发现草地晴天白天的潜热明显大于显热,其最大值大约是显热的一倍;而裸地恰好相反,显热明显大于潜热,其最大值大约是潜热的一倍。草地阴天白天的潜热略大于显热;而裸地的显热仍明显大于潜热,其最大值大约是潜热的一倍以上;同时存在能量不闭合问题。草地发挥降温增湿等生态效应,对减少沙尘暴、维护生态平衡具有极其重要的作用。     

不同人为干扰地表条件下湍流通量特征的研究

利用1993至1994年日本国家农业环境研究所与中国科学院沙漠研究所合作在内蒙古奈曼地区实测的8种下垫面（沙丘、草地、4种放牧强度的草原、玉米田、大豆田）的净辐射、土壤热通量、2个高度的温度、相对湿度和风速等微气象资料，分别采用Bowen比法和空气动力学方法计算了不同下垫面的感热通量和潜热通量，并将两种方法的计算结果作了比较.结果表明：采用空气动力学方法计算的感热通量与Bowen比法的计算结果相比有偏大趋势，且随稳定度参数Richardson数Ri的减小，两者的差增大.在植被较多的下垫面，两种方法计算的感热通量相关性较好.对于潜热通量，植被覆盖率越大的下垫面，空气动力学方法的计算结果偏小越多.     

基于CLM模型的植被覆盖变化对黄土高原气温和降水的影响研究

黄土高原位于我国第二阶梯,地理环境复杂,生态环境脆弱。本文结合GIMMS/NDVI遥感数据与气象站点观测资料开展诊断分析研究,并将其与模型模拟试验相结合,通过这种方法来研究黄土高原地区植被覆盖与气温和降水之间的作用关系。研究结果表明,黄土高原地区的NDVI、气温和降水量均具有明显的季节变化特征;1982—2006年,区域滑动平均NDVI、气温和降水的线性变化斜率分别为5E-04/10a、0.061℃/10a和-0.492mm/10a;研究区域内NDVI与气温和降水的同期滑动平均相关系数分别为0.459和-0.23,且均存在较明显的空间差异。应用CLM陆面过程模型的模拟结果表明,植被覆盖增加后,植被覆盖发生变化地区的净短波辐射有所增加,净长波辐射有所减少,导致地表吸收净辐射有增加趋势;研究区域内的感热通量和潜热通量均有所增加,且潜热通量的增加更为明显,这可能对植被覆盖增加后气温的降低产生一定影响;研究区域内的土壤含水量和地表蒸散均呈增加变化,这可能导致降水增加。但是,植被覆盖增加对区域气温降低和降水增加的影响作用有限。     

城市不同下垫面湍流通量的观测和分析

利用榆中县2011年10月2-15日外场实验的湍流观测资料,结合天气背景,对比分析了城市同一区域内不同下垫面的动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的差异特征.结果表明:草地下垫面和混凝土下垫面之间动量通量的差异较小;混凝土下垫面的感热通量整体大于草地下垫面,且在日间差异较大,差异的最大值达109.29 W/m2;草地下垫面的潜热通量在日间明显大于混凝土下垫面,差异的最大值达153.8 W/m2,夜间两下垫面潜热通量差异较小;CO2通量在排放源附近较大.     

科尔沁退化沙地和农耕区水热交换的模拟研究

在验证单层和双层阻力模式适用性基础上,模拟计算了内蒙古科尔沁地区退化沙地和农耕区两种下垫面的水热交换特征,并与Bowen比能量平衡方法实测结果对比。结果显示：模拟结果与实测结果具有较好的一致性;退化沙地和农耕区下垫面反射率以及下垫面水热特征的差异,造成沙地下垫面感热通量、潜热通量和净辐射均小于农耕区;沙地的潜热通量出现极值的时间较感热通量提前。     

北京市海淀公园绿地CO2通量变化特征

为了定量评估城市绿地吸收CO2改善城市生态环境的效果,2006年4月—2007年3月在北京海淀公园绿地使用涡度相关系统连续观测CO2通量、总辐射、大气温度,并使用冠层分析仪测量叶面积指数,研究CO2通量的变化及其影响因素.结果表明,绿地CO2通量受植被生物活动的影响呈现明显的季节变化特征,晴天天气状况下CO2通量日均值FCO2在4—10月为负值,绿地是CO2汇,在6—9月是CO2强吸收汇,FCO2约-0.100—-0.120mg/m2.s,而在11—3月FCO2为正值,绿地为CO2源,12—2月是CO2强排放源,FCO2约0.100mg/m2.s.绿地CO2通量受总辐射、LAI、大气温度的显著影响,净辐射的影响明显大于大气温度,净辐射越大、LAI越大、大气温度越高,绿地光合作用吸收CO2的能力越强.观测期间一年海淀公园绿地CO2的净吸收量约为615gCO2/m2.     

利用MODIS数据估算晴空半干旱地表潜热通量

为研究我国半干旱区域地表潜热通量分布特征, 建立了一套不需要将地面气象观测数据作为输入而仅用卫星数据来估算晴空条件下半干旱地表潜热能量的方案。该方案设计了针对半干旱地表的净辐射通量参数化方法和土壤热通量估算模型, 利用S-SEBI模型计算蒸发比率, 根据能量平衡原理得到潜热通量。基于MODIS陆地和大气产品, 利用该方案进行潜热通量估算研究,并采用2003, 2004和2005年6?11月间退化草地和农田晴空数据进行验证。与地面站点观测数据对比结果表明该方案能有效计算地表潜热通量: 在退化草地和农田两个站点上, 该方案计算的地表潜热通量的均方根误差分别为60.4和64.6 W/m², 平均偏差分别为18.6和32.4 W/m²。     

基于人工神经网络的不同植被类型蒸散量时空尺度扩展

基于通量网中23个站点下草地、农田、郁闭灌丛、落叶阔叶林、常绿针叶林、开阔灌丛、湿地7种植被类型2001-2007年气象和潜热数据,运用人工神经网络方法进行潜热通量/蒸散量的不同时空尺度的模拟,以期探究模型输入因子重要性及对人工神经网络法在蒸散发估算中时空尺度外推能力进行验证.结果表明:以温度、相对湿度、太阳辐射、土壤含水量、归一化植被指数、风速、土壤热通量为主的输入因子对不同植被类型蒸散量的影响程度不同:太阳辐射对各植被类型影响都相对较大,风速的影响与植被类型有关,归一化植被指数对植被生长期影响有差异;蒸散量模拟效果具有较大的时空异质性,时间尺度上的模拟效果比空间尺度上的好.其中,草地与农田的模拟效果最好.模拟结果中纳什系数多为0~1,个别小于0,模拟结果与观测值的相关系数均在0.6以上.基于人工神经网络法的潜在蒸散估计可以进行一定的区域外推,模拟效果的好坏受控于局地的气候状况.