半干旱地区草地水热通量与环境因素及相关性研究

草地是绿地的重要组成部分,耗费巨资的北京“绿色奥运”绿地建设对生态环境的改善作用需定量评估．2005年5月利用涡度相关系统连续观测草地与裸地的水热通量及环境因素并进行分析比较,采用相关分析研究环境因素影响水热通量的权重．结果表明,草地所获得的太阳辐射能量大部分用于植被蒸腾和土壤蒸发,潜热通量约占净辐射的50％,比裸地高20％左右;草地的显热通量占净辐射的比例比裸地低将近30％,草植被下土壤获取的辐射能量低于裸地土壤近一半．白天草地地面温度明显比裸地低,相同时刻的两温度差值最大约10℃,1．5m高度气温也低于裸地近1℃,而相对湿度高于裸地近5％．草地水热通量受多个环境因素的综合影响,净辐射影响最大,其次是下垫面温度与气温差、下垫面温度,再次是相对湿度（仅对潜热）和气温,风速影响相对较弱．草地下垫面温度对水热通量的影响程度明显低于裸地,而下垫面温度与气温差对显热的影响权重明显高于下垫面温度．     

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。     

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.     

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。     

夏季太湖表面辐射和能量通量特征观测分析

利用太湖表面2012年6~8月的辐射和湍流通量观测资料,分析了太湖夏季晴天辐射平衡和能量平衡各组分的日变化特征。结果表明:12012年夏季晴天太湖表面向下、向上短波辐射和向下、向上长波辐射日平均值分别为282.6、19.5、425.8、478.6 W/m2,反照率日平均值为0.05;2夏季晴天净辐射、感热通量、潜热通量和热储项日平均值分别为210.3、3.8、121.8、5.7 W/m2;3夏季晴天感热通量白天为负最小值为-13.4 W/m2,夜间为正最大值为17.3 W/m2。潜热通量晴天白天最大值达到216.6 W/m2,是能量平衡分配的主导;与陆地下垫面不同的是,夜间潜热通量仍保持正值。热储项白天为正,夜间为负,约60%的能量以潜热的形式消耗。天气过程出现时,湖体稳定的正温层被打破,累积热储项急剧减少。     

北京西山典型侧柏人工林热量平衡研究

热能是水分在森林生态系统中运动的主要驱动力之一,研究热量平衡有助于理解森林水文过程和森林生态系统水量平衡等问题.本研究选取北京西北部山区的典型侧柏人工林为研究对象,利用建立的气象塔和波文比系统观测热量平衡的各个分量.通过研究发现以下规律:(1)各个热量平衡分量一般都表现为净辐射＞潜热通量＞显热通量＞土壤热通量;(2)显热通量和潜热通量在夜晚为负值,在白天随着太阳辐射的增强而逐渐增强,在中午达到峰值;显热通量和潜热通量都在夏季最大,而秋季和冬季逐渐减弱,土壤热通量在日变化遵循相似的规律,但是秋冬季节始终为负值;(3)生长季生态系统所接受的净辐射绝大部分用于潜热交换和显热交换,而非生长季净辐射绝大部分用于潜热交换;(4)北京西山典型人工林热量不平衡状态是长时间存在的.热量平衡方程出现了一定的差值,这部分差值有着与净辐射相似的变化规律.通过分析北京山区热量平衡状态,表明总体上北京山区人工林是一个水汽源,显热汇.     

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。     

基于最大熵增原理的蒸发蒸腾量模型应用

为了检验和应用Wang和Bras基于最大熵增原理建立的蒸发蒸腾量模型,应用该模型计算实验站的实测数据来改进该模型。通过简述最大熵增原理和最大熵增的蒸发蒸腾量模型构建,用整理的实测数据重新验证最大熵增模型的可靠性和精度,并与Penman-Monteith公式计算对比。在给定净辐射条件下,运用最大熵增模型计算有植被地表的显热通量和潜热通量,与实测数据的变化趋势基本一致,显热通量符合较好;白天的潜热通量计算值偏大,夜间符合较好。对最大熵增模型的2个参数表面温度和表面比湿度分析表明:最大熵增模型计算显热通量和潜热通量的变化趋势主要取决于表面温度。     

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.     

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。     

Preliminary study on land surface characteristics over Huaihe River Basin

The analysis of the flux observation dada from the Huaihe River Basin Experiment (HUBEX) shows that, in semi-humid monsoon regions, latent heat flux is as important as sensible heat flux in most situations. Moreover, it can even dominate the sensible heat flux in cropland and paddy field. This is distinct from that for arid and semi-arid regions where the sensible heat flux is dominant. Under clear sky conditions, the soil temperatures in different vertical layers all exhibit certain diurnal variations, and the magnitude decreases with depth to less than 1°C at a depth of 60 cm. This depth is considered as the transition layer for the soil moisture variation. On the other hand, the vertical profile of soil water content varies with the soil texture and even weather conditions, and the layer with maximum soil water content can also be found in Jiangji station during June 1998.     

Comparison of sensible and latent heat fluxes during the transition season over the western Tibetan Plateau from reanalysis datasets

The sensible and latent heat fluxes during the transition season over the western Tibetan Plateau from the NCEP-1 (NCEP/NCAR Reanalysis 1), AR-II (NCEP-DOE Reanalysis 2) and ERA40 reanalysis datasets were compared and analyzed. The results show that the phase change in soil moisture has a significant effect on the sensible and latent heat fluxes over the western Tibetan Plateau (TP) due to the freezing–thawing processes during the transition from the dry to the wet period. The uncertainties in the sensible and latent heat fluxes over the western TP are quite high in the reanalysis data, and depend largely on the success of the soil moisture simulations in the models. Improving the hydrological process simulations in the land-surface models in seasonally frozen ground and in the active frozen soil layer may be an effective way of enhancing the reliability of the surface heat fluxes from the reanalysis data over the Tibetan Plateau.     

半干旱区近地层动量热通量计算

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2006年12月-2007年2月铁塔观测所得的7层风、温、湿资料,采用梯度法计算了摩擦速度、摩擦温度、湍流动量通量和感热通量,并将2007年2月的通量计算值与开路涡度协方差系统观测值进行比较.结果表明:动量通昔和感热通量与稳定度有密切关系.均随稳定度的增加而减小.动量通量和感热通量均有明显的日变化,中午时段最大,夜晚最小.动量通昔无论在何种稳定度条件下均是由上向下输送;感热通量白天均是由下向上输送,夜间均是由上向下输送.在冬季,动量通量和感热通量的月平均值都是在12月最小,在2月最大,且动量通量的月平均值远小于感热通量的.2月的动量通昔散布图斜率为1.096,相关系数R为0.761;感热通量散布图斜率为1.015,相关系数R为0.957.     

Turbulent flux exchange characteristics of air-ice-sea above the Arctic Ocean during the polar day period

Chinese “Xue Long” breaker made its first voyage to the Arctic Ocean for scientific expedition from July to September, 1999. The tethersonde meteorological tower (TMT) sounding system was used to probe the temperature, humidity, air pressure, wind direction and wind speed on different underlying surfaces above the Arctic Ocean. The probed data were used for calculating the roughness length z0, momentum flux M, drag coefficient CDD, sensible heat flux Hss, bulk transfer coefficient CHH for sensible heat, latent heat flux HLL, and bulk transfer coefficient CEE for latent heat of air-ice-sea on different underlying surfaces. They vary within the ranges of (0.2 ～ 1.0) mm, (1.14～9.19) ×10-2N/m2, (0.87～ 1.76) × 10-3,-(4.2～ 12.5) W/m2, (0.84～ 1.37) x 10-3,-6.6～ 23.6 W/m2 and (0.85 ～ 1.40) x 10-3, respectively. It shows that the drag coefficient is greater than the latent heat transfer coefficient, and again the latent heat transfer coefficient is larger than the sensible heat transfer coefficient. Besides, the fluxes of momentum, sensible and latent heat are apparently correlated to the mean wind speed and the mean potential temperature difference and mean specific humidity difference.     

城市次生栎林的热量收支

研究晴好天气下城市次生栎林热量收支中各项的昼变化，结果表明它们与太阳辐射的日变化相似呈单波形。同时，相同时刻中净辐射值达太阳辐射值的60％以上才能保证林地荒漠得热量，潜热和显热量占净辐射的88％以上。