黄河灌区水热通量的观测与分析

为解决农田节水问题,进行了田间水热通量观测和水热耦合循环过程机理分析。观测系统主要包括:常规气象、辐射、涡度相关法观测系统以及土壤水分观测剖面。该系统能够连续和稳定地观测土壤-植物-大气连续体中的水热循环过程,涡度相关法观测数据具有与国际同类观测一致的精度。对2005年山东省位山引黄灌区冬小麦和夏玉米生长期内水热平衡的分析表明:当叶面积指数较大时潜热是农田能量消耗的主要方式;在冬小麦返青至收割期内作物耗水略小于供水,而在玉米生长期内供水远大于作物耗水,灌区供水充分。     

亚热带红壤丘陵区非均匀地表能量通量的初步研究

在千烟洲站亚热带红壤丘陵区人工林生态系统,利用涡度相关技术研究了非均匀下垫面能量通量各个组成部分的日变化进程。本站能量平衡在冬季以感热通量为主,从春季开始树木进入生长季,以潜热通量为主。测站净辐射最高值冬季可达474.8W·m-2,春季达723.1W·m-2。感热通量在冬季最大值达278.68W·m-2,春季达305.02W·m-2。潜热通量在冬季最大值123.84W·m-2,春季最高达402.04W·m-2。土壤热通量一般最高值出现在午后15∶30,最低值则出现在清晨7∶00～8∶00。本站的能量平衡率一般在60%～98%。能量不闭合的原因初步认为有两个方面:①测定源的面积可能有误差;②忽略了水平对流产生的影响。从而提出了今后的研究重点。     

陆地生态系统碳通量观测方法的研究进展

简述了陆地生态系统碳通量观测的主要方法——空气动力学法、热量平衡法和及涡度相关法的研究进展,重点介绍了目前国际上的主流方法涡度相关法的理论、原理、应用以其发展过程和当前应解决的技术难题。该方法已成为现阶段直接测定大气与群落CO2交换通量的唯一方法,也是世界上CO2通量测定的标准方法。     

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。     

箱法和涡度相关法测碳通量的比较研究

对箱法和涡度相关法测定碳通量进行了比较分析,指出了两种方法的理论基础及其实际应用等各方面的优缺点。其箱法原理简单、仪器价格便宜、操作容易、移动便利、灵敏度高,适宜进行小尺度测量。是生态系统机理方面研究的有力工具,是农田和草地等生态系统碳通量测量的主要方法;但是由于箱法效应的存而削弱了观测气体的空间变化性,箱体本身会扰动土壤环境而改变CO2浓度梯度、气压梯度、湍流震动和气流,从而影响测定的通量值。涡度相关法对观测环境不会造成扰动,能够得到长期连续的通量数据,可以用来测定较大尺度的下垫面通量;但是涡度相关技术在观测时仍然受限于一些环境条件：上风向没有足够的下垫面,晚间大气比较稳定,湍流较弱,测定仪器下方存在点源等因素都可以造成涡度相关技术测定精确性的降低。     

林网地区动量、感热和潜热通量的观测研究

本文根据北京大学地球物理系和中国科学院沈阳生态研究所,1989年5月在吉林省乾安县防风林带区农田中进行的大气边界层及微气象观测得风、温、湿、气压及热量平衡等资料,利用近地面层相似理论的通量廓线关系和能量平衡方程,导出的波文比方法、空气动力学方法、能量平衡方法以及廓线梯度法,计算了林网内上下层的动量通量、感热通量和潜热通量。结果表明:(1)2—4m处动量通量一般小于0.5kgm~(-1)s~(-2),14—16m处一般小于3.0kgm~(-1)s~(-2),并且波动较大;(2)感热通量有较强的日变化规律,并且2—4m处的值大于14—16m处的值,(3)潜热通量在2—4m处小于1—16m的值,在中午前后2—4m并出现负的值;(4)空气动力学方法、能量平衡方法与波文比方法计算结果比较吻合,而梯度法应用于2—4m处的计算结果偏小,因此,梯度法不适用于防护林树冠下层通量的计算。     

交通流量变化对碳通量特征的影响

基于涡度相关技术提供的碳通量数据、定点连续观测的交通流量数据及数理统计分析的方法,探讨了2012年和2018年碳通量和交通流量的变化及其主要影响因素,分析了交通流量对碳通量变化的影响。主要结果如下:1) 2018年日平均交通流量明显高于2012年的,由日均5 300辆增加到日均11 600辆;2) 2012年与2018年的二氧化碳(CO₂)通量日变化均呈现双峰型曲线,交通流量的高峰时段与CO₂通量值的峰值相对应,分别为3.86μmol·m^-2·s^-1和4.96μmol·m^-2·s^-1;3)基于碳通量与交通流量的线性回归分析表明,2012年CO₂通量变化与交通流量变化具有显著的正相关性,交通流量对该区域碳通量贡献了18%,但2018年CO₂通量与交通流量无显著关系。     

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.     

南京市区及郊区近地层通量观测比较

2005年夏季、2006年春季在南京市区及南京郊区进行了两次近地层通量观测实验,运用涡动相关(eddy-covariance,EC)技术得到感热通量、潜热通量、二氧化碳通量和摩擦速度.为了消除地形对这些测量值的影响,运用平面拟合方法(PF)对其进行倾斜校正.进一步研究发现,平面拟合因子与风向角度密切相关,因而在采用平面拟合方法处理数据时,必须考虑风向的影响,分别做出不同风向扇区的拟合平面,我们命名这种改进后的新方法为分角度平面拟合法(sector planar fit,SPF);相应的,称不区分风向扇区的平面内拟合法为总体平面拟合(general planar fit,GPF).着重比较了不同季节、不同地点两种方法修正后的通量结果的差异.春夏两季,市区各通量分布总体趋势一致;地域上,市区SPF法、GPF法修正后通量值之间有明显的差异,郊区二者差异较小.接着,运用SPF法、GPF法修正垂直速度,两方法修正后垂直速度差异显著;最终,得出两种方法修正后垂直速度的概率分布,SPF方法得到的垂直速度更接近于正态分布.     

复杂地形湍流观测特征及通量代表性分析

利用2006年湖南小墨山地区冬夏两个采样时段的湍流观测数据,对当地湍流发展混合或扰动情况进行讨论。整体湍流特征量σu,w/u*观测值与相似性函数计算值差别较大,且与来流方向无明显关系,表明当地湍流受扰动强、发展混合差。结合印痕计算进行的湍流通量观测空间代表性分析发现,当地观测结果主要代表测点周边山地和平原两种地形的情况。冬季印痕主要分布于北方平原地区,山地影响平均仅为21%,而夏季的印痕源区主要为南方的山地,约占54%。     

丘陵山区节水灌溉工程自动控制系统

介绍了以工业控制计算机、可编程控制器及ADAM智能模块等设备共同构成的计算机智能控制系统在丘陵山区节水灌溉工程中的应用．该项目已在江苏省宜兴市茗岭丘陵山区得到了实施。     

EBEX-2000湍流热通量订正和地表能量平衡闭合问题研究

运用EBEX-2000实验资料, 分析超声虚温订正和Webb订正对湍流热通量计算的影响及这两种订正的主要控制因子, 并在对湍流热通量进行修正的基础上简单讨论了能量平衡闭合率(EBR)的影响因子, 结合实际的天气、地形条件给出了比较合理的解释。研究结果表明: 超声虚温订正值为?40~2 W/m², 有明显日变化, 均值为?8 W/m², 主要受大气稳定度和水汽垂直梯度影响; Webb订正值范围为?5~14 W/m², 订正量均值较小, 约1.8 W/m², 白天为正值, 夜间为负值, 主要受波文比和空气比湿的影响, 出现较大修订值的几率很小; 30 min平均的能量平衡闭合比率(EBR)约为0.63, 其日变化幅度剧烈, 日变化幅度及夜间离散度很大, 并且随土壤含水量的突然上升而急剧下降。     

江淮暴雨期一次低涡切变线过程的降水特征分析

本文通过对１９９１年７月江淮特大暴雨期的一次低涡切变线过程进行热源和水汽汇的诊断，揭示了造成这次大范围洪灾的降水是大面积存在的强对流降水，加热区位于对流层中上部，而主要减湿区则位于对流层中下部，表现在视热源Ｑ１和视水汽汇Ｑ２的分布上出现了Ｑ１和Ｑ２的垂直积分形热非常相似，极值中心重合且大小近似相等。     

城市水泥下垫面能量平衡特征的观测与分析

水泥下垫面是城市各种人为下垫面类型中占比重最大的一种,且具有典型的城市化特征,其热力性质明显有别于自然下垫面,是局地天气、气候变化的主要因素之一.利用2005.7与2006.3夏、冬两季,在南京进行的城市边界层外场试验通量观测资料,初步分析了水泥下垫面能量平衡方程中各项特性.结果表明:(1)夏、冬两季水泥下垫面净辐射通量(Rn)白天差异较大,通常有100 W/m2左右,但峰值差异却仅有10 W/m2;虽然夏季夜间地、气温度高于冬季,但夏季夜间水泥下垫面向外释放的净辐射通量小于冬季.(2)由于水泥下垫面的不透水性,潜热通量(LE)通常很小,感热通量(H)则成为水泥下垫面加热大气的最主要方式.夏、冬两季H在白天表现为量值差异;夜间表现为符号差异,即夏季夜间H通常为正值,表明下垫面仍在加热大气,而冬季夜间H为负值,表明下垫面对大气起冷却作用.该特征也是夏季夜间热岛强度明显强于冬季的主要成因.(3)储热项(△Qs)成为城市下垫面能量平衡方程中主要的源汇项,无论是冬季还是夏季,水泥下垫面△Qs在能量收支过程中所占份额明显大于(H LE);而自然下垫面通常是(H LE)大于△Qs,这正是城、乡下垫面热力性质最主要的差异.     

Response of water budget to recent climatic changes in the source region of the Yellow River

Discharge in the source region of the Yellow River significantly declined after 1990.China Meteorological Administration(CMA) data show that precipitation in this region was low in the 1990s but returned to above normal after 2002;in recent decades there has been rapid warming of surface air,moistening and wind speed decrease.To investigate the influences of recent climatic changes on the water budget,this study simulates the surface water budget at CMA stations within and surrounding the source region during 1960-2006,using an improved land surface model.Results indicate that the spatial pattern of precipitation change is an important factor(except for precipitation amount and intensity) in determining the response of runoff to precipitation changes.Low runoff in the 1990s was consistent with precipitation amount and intensity.The recovery of precipitation after 2002 is mainly from increased precipitation in the dry area of the source region.Evaporation was mainly limited by water availability in this dry area,and thus most of the precipitation increase was evaporated.By contrast,energy availability was a more important influence on evaporation in the wet area.There was more evaporation in the wet area because of rapid warming,although precipitation amount partly decreased and partly increased,contributing to the reduction of runoff after 2002.This control on evaporation and its response,together with the modified spatial pattern of precipitation,produced a water budget unfavorable for runoff generation in the source region during recent years.     

夏热冬冷地区住宅能耗计算方法及程序实现

研究的主要目的是提出一种适合于建筑设计人员的，简便适用的住宅能耗的计算方法（特别是对于夏热冬冷地区的住宅设计），以便设计人员在住宅方案设计阶段即可对方安进行能耗分析和节能优化调整，通过理论分析和公式推导，我们发现：在一定的前提条件下，夏季住宅动态传热过程中热量传递计算的方法可以简化为类似于冬季稳态传热计算方法，另外，本文还详细介绍了影响住宅能耗的重要因素－太阳辐射得热量的计算方法，较之《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》中推荐的计算方法（修正系数法）更为准确，适用范围更广，本文还介绍了基于所提出的计算方法的建筑能耗分析与优化软件BeCaSoft.     

夏热冬暖地区居住建筑被动式节能集成设计研究

针对居住建筑节能现状,对夏热冬暖地区居住建筑的节能设计引入以适宜技术和地域主义为特征的被动式手段,并集成城市、住区、住宅等各个空间层次的相应规划与设计手法,使之在具有普适性的同时更好地发挥系统优势.最后提出具有可操作性的集成设计框架.     

南海夏季风强弱年东亚地表热力异常特征的合成研究

 利用NCAR/NCEP1948年1月-2002年12月共55 a 660个月的地表感热通量和地表潜热通量以及其它气象场的月平均再分析资料,计算了期间5-6月平均的南海夏季风湿位涡强度指数。由标准化的湿位涡强度指数距平的年际变化曲线,选择距平值大于0.5的年份为季风爆发的强年,距平值小于-0.5的年份为季风爆发的弱年,对强、弱年东亚及其周边地区的地表潜热通量（LHF）距平、地表感热通量（SHF）距平以及海平面气压（SLP）距平的分布特征进行了合成分析。结果表明,在南海夏季风爆发强年和弱年,其前期冬春季的地表潜热通量、感热通量以及海平面气压场的距平分布有很大不同,前冬的差别更为明显。冬季,LHF和SHF在强、弱年的主要差异在海洋上和近海地区,尤其是西太平洋沿岸,合成距平呈现沿海岸线的东北-西南向的带状分布,强年沿岸为正距平,弱年为负距平。LHF和SHF标准化距平叠加之和有同样的区域分布特征。这种强、弱年的距平分布差异,与低层风场在强、弱年的不同有密切关系,强年东亚冬季风偏强,弱年则反之。强、弱年SLP在前冬的距平差异,验证了上述结论。     

污灌系统氮素在土壤中的转化与渗漏污染

通过原状土体模拟试验，以多次污灌废水浓度的Ｃ＋２Ｓ为进水浓度，揭示了污灌废水中氨氮在土壤中的转化规律以及引起地下水污染的原因，提出了污灌的农用与防止地下水污染的具体措施。