夏季草原与戈壁地表能量分析

利用野外试验资料，比较分析了夏季祁连山区草原和河西走廊张掖戈壁地表能量特征，并探讨了环境因素与地表能量特征的关系。结果表明，在夏季典型晴天，山区草原的净辐射、潜热通量大于戈壁，而感热、土壤热通量小于戈壁；山区草原净辐射、潜热通量的日变化大于戈壁；而感热、土壤热通量的日变化小于戈壁。在山区草原，晴天潜热通量是土壤热通量的三倍多，感热通量与土壤热通量差异很小，净辐射主要用于蒸发、蒸腾；在戈壁，晴天土壤热通量和感热通量是潜热通量的近两倍，净辐射主要用于加热地表，并通过地表加热下层土壤和地面大气。两地均存在能量不平衡现象，草原感热、潜热、土壤热通量之和小于净辐射，戈壁感热、潜热、土壤热通量之和大于净辐射，戈壁能量不平衡大于草原。导致山区草原和戈壁地表净辐射特征差异的主要因素是太阳辐射，导致山区草原和戈壁地表能量分量特征差异的主要因素是陆面植被和水分，根本因素是陆面水分。      

石漠化治理区表层岩溶泉流量衰减分析及无机碳通量估算——以重庆酉阳龙潭槽谷老泉为例

应对“双碳”目标,加强岩溶石漠化综合治理工作,地下水是关键。为探究重庆市酉阳县龙潭槽谷石漠化治理区岩溶泉的流量衰减及无机碳通量变化特征,采用流量衰减方程与水化学径流法对研究点老泉进行模拟与分析。结果表明：(1)老泉的流量衰减分为两个亚动态,衰减系数分别为0.089 2、0.019 6,其具有双重性含水介质特征。(2)暴雨期老泉的碳通量随流量变化的特征明显;而伏旱期(7月底-8月底)老泉的碳通量与土壤CO₂、泉水CO₂均具有明显的昼夜变化特征,表现为夜间低、日间高。(3)老泉夏季的碳通量与降水量呈正相关(R=0.78),与蒸发量呈负相关(R=-0.36),气候的不稳定性变化对碳通量影响显著。老泉的月HCO^-₃浓度与月土壤CO₂浓度的相关系数为0.64,HCO^-₃敏感地响应土壤CO₂的变化;而老泉年碳通量与年土壤CO₂浓度的相关系数为0.90,且年均δ¹³C_DIC...     

青藏高原多年冻土区地表能量收支过程及其对活动层影响的初步分析

基于2005—2016年青藏高原多年冻土区唐古拉和西大滩站的气象、涡动通量以及活动层资料,利用涡动相关法、气象梯度法和SHAW模型等方法探究了气候变化背景下高原多年冻土区地表能量通量变化规律及其对活动层的影响。结果表明：2005—2016年唐古拉和西大滩气温、地气温差有所升高,年降水量、10 cm土壤含水量及风速有所下降。2005年以来唐古拉和西大滩净辐射（R_n ）与感热（H）呈增加趋势,潜热（LE）呈减小趋势,地表土壤热通量（G）变化较小。唐古拉和西大滩地表能量通量季节变化明显,但受海拔、纬度、坡向、土壤冻融过程、降水、下垫面状况等因素的影响,地表能量通量存在区域差异。研究时段内,唐古拉和西大滩地表冻结指数与土壤热通量呈负相关;融化指数、活动层厚度与土壤热通量呈正相关,融化期间土壤热通量积累量与融化深度的变化呈线性增加关系。     

不同土壤热通量测算方法的比较及其对地表能量平衡闭合影响的研究

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,对其测算方法的研究对理解能量平衡过程具有十分重要的意义.利用2010年馆陶站土壤热通量等相关观测数据对多种测算土壤热通量的方法:实测土壤热通量和热储存量的结合方法(PlateCal)、热传导方程校正法(TDEC)、谐波分析法(HM)、平均土壤热电偶法(TCAV)、耦合热传导—对流法(ITCC)获取的地表土壤热通量进行了对比分析,并且采用最优方法计算馆陶站2008-2010年的地表土壤热通量,分析了该站土壤热通量日、季节变化特征.主要结论如下:①PlateCal和TDEC法分别为获取土壤热通量的最优观测与计算方法,而HM,TCAV和ITCC法计算结果均不理想;②PlateCal与TDEC法对地表土壤温度均不敏感,而HM法对地表土壤温度则比较敏感,各种地表土壤热通量的观测与计算方法均对土壤湿度敏感;③馆陶站冬小麦、玉米覆盖地表及地表裸露时期的地表土壤热通量均呈现典型的日、季节变化特征,与净辐射变化趋势一致;④考虑热储存后,可将馆陶站2010年各月地表能量闭合率提高4％～11％,对2008-2010年的年能量平衡闭合率提高3％～5％.     

土壤N2O释放通量季节变化的主要环境驱动因素研究

根据对贵州玉米－油菜轮作田、大豆－冬小麦轮作田和休耕地N2O释放通量的田间观测，研究了气候、农业活动和土壤性状对田间N2O释放通量季节变化的影响。结果表明，当温度适宜于反硝化作用进行时，降雨事件与N2O季节释放峰间存在明显的驱动－响应关系；形成N2O释放峰的最佳WFPS在48％－80％，气温在15－25℃；自然土壤冬春季N2O释放通量与温度间存在指数函数关系。施肥增加了土壤N2O释放峰的强度，而翻耕能形成弱的N2O释放峰，农业活动在一定程度上改变了释放通量的季节变化模式。土壤有机质含量的微弱差异对N2O的释放产生长远影响，三试验田N2O释放通量季节变化与土壤有效N含量间不存在直接的定量关系。     

青藏公路沿线多年冻土区土壤热通量参数化方案的优化和检验

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,其估算方案在研究地表能量平衡研究中必不可少。利用青藏公路沿线5个站点0~20 cm的实测土壤层温、湿度及5 cm土壤热通量资料,以翁笃鸣气候学计算方案为基础建立了优化的5 cm土壤热通量计算方案。通过唐古拉和西大滩两个独立站点的检验结果表明,优化方案的结果相对于原方案有较大的改善,唐古拉和西大滩5 cm土壤热通量均方根误差值分别减小了3.2 W·m^-2和4.8 W·m^-2,而相对误差分别减小了61.9%和36.1%,即新方案能够较好地估算出青藏公路沿线多年冻土区5 cm土壤热通量。使用优化方案模拟了青藏公路沿线11个站点5 cm土壤热通量变化,结果显示,近十年青藏公路沿线土壤热通量呈现出增大的趋势,其中,5 cm土壤热通量增大了近1.0 W·m^-2,而且各观测场的年平均土壤热通量值均大于0.0 W·m^-2,表明就年尺度而言,热量有盈余,盈余热量用于加热下层土壤,引起活动层厚度增加,平均状况下土壤热通量每增大1.0 W·m^-2,活动层厚度增大约21.0 cm。     

基于能量平衡对额尔齐斯河流域融雪过程的研究

为定量描述额尔齐斯河流域积雪的消融过程,建立了利用基于能量平衡的积雪模型,对流域内库威积雪站2014年1月4日-3月28日积雪的积累和消融过程进行了模拟.结果表明:模型能够很好的模拟出融雪期净辐射能量的变化过程,对雪水当量的模拟结果也非常好,雪水当量的观测值和模拟值之间的Nash系数达到了0.989.在积雪的积累期,雪表的净辐射、感热、潜热通量的绝对值以及地表热通量明显低于积雪的消融期.在积累期,感热和潜热通量以及土壤热通量受到雪层厚度的影响.当雪水当量小于10 mm时,感热和潜热通量的绝对值偏高,土壤热通量的波动性也偏大.在积累期积雪的物质损失全部为升华损失,升华量为2.74 mm;在消融期,积雪的融化量为66.26 mm,升华量为2.04 mm.净辐射对积雪物质损失的贡献达到了83.1%,湍流通量对积雪物质损失的贡献达到16.9%.由于在融化期土壤热通量为正值,因此土壤热通量对融雪没有贡献.     

泉水流量、电导率、pH值动态变化研究

岩溶水是指赋存于岩溶孔隙中的地下水,是我国南方生产生活主要用水来源.随着社会对水资源需求的逐步扩大,岩溶水资源的开发利用越发重要.通过定期监测岳麓山泉水流量、电导率、pH值,结合岳麓山岩土层性质和长沙市降雨量,采用统计分析和Spearman秩相关系数法对泉水流量变化和泉水水质定性评价进行研究.研究结果表明,大气降雨对岩溶水进行补给从而使泉水流量增大,泉水流量的改变除与降雨量有关外,还受土壤入渗率和降雨时长的影响.采用Spearman秩相关系数法可定量计算电导率与时间的相关性,间接判断周围环境对泉水水质影响的难易程度,有利于识别电导率代表性位置泉眼,更好地监测和评价岩溶水.土壤酸沉降污染严重或酸雨频繁地区易导致岩溶水pH值呈酸性.对泉水流量和水质的研究有利于科学开发利用岩溶水资源.     

吕梁市泉水流量变化分析

泉水是吕梁市水资源的主要部分,也是山区人畜饮水的主力水源。吕梁市水文勘测分局于2009年春季,对全市的泉水进行勘测调查,介绍了勘测调查中的测验及计算方法,详细分析了调查成果;结果表明,吕梁泉水分布较广,泉水流量小,呈总体减少趋势,泉水水质较好。最后提出加强泉水流量监测的建议。     

洪山泉流量动态及影响因素分析

以39年洪水泉流量观测资料为基础，对泉水稳定性、变化特征及影响因素进行了探讨分析，结果表明洪水泉39年的泉水流量动态曲线出现了4个高峰、4个低谷，峰谷交替时间间隔周期为8年左右。大气降水是洪水泉水的主要补给来源，对泉水补给存在着8年的滞后期，是控制着泉水的流量的主要因素，随着多年降雨量的减少泉水流量呈下降趋势，采煤及地下水超采改变了地下水的补经排条件，影响了洪水泉水量水质，也是洪水泉流量减少的重要原因，今后应加强洪水泉的保护，进行合理开发以达到可持续利用的目的。     

黑龙江省冻土活动层厚度年际变化影响因素分析

冻土活动层是冻土地区地层内水热交换最为活跃的区域,对气候与环境变化十分敏感。黑龙江省气候环境独特,冻土活动层受到地理位置（坡度、坡向及高程）、下垫面因素（地表土壤含水量、植被、积雪）及太阳辐射（地表反照率、土壤感热及潜热通量）等环境与气候变化的影响十分敏感。通过灰色关联、相关分析、趋势度检验、向量自回归模型发现：年内尺度上,冻土活动层厚度主要受到土壤含水量及植被的影响较大;年际尺度上,冻土活动层与积雪、植被、潜热通量呈负相关,并在不同的区域呈极显著负相关;与感热通量呈正相关,并在部分区域呈极显著正相关。近30 a来冻土活动层及各影响因素在各区域呈现不同的变化趋势,各影响因素对冻土活动层厚度影响程度不同,由高到低依次受到潜热、土壤含水量、植被、感热及雪深的影响,特别是潜热对冻土活动层厚度长期变化的贡献率达到35.09%。这种现象与东北地区独特且复杂的地理环境以及近30 a来各因素的变化关系密切。     

2009/2010年黄河源区高寒草甸下垫面能量平衡特征分析

以青藏高原黄河源玛多为实验区, 基于TRM-ZS1气象生态环境监测仪2009年11月1日至2010年10月31日辐射及能量通量观测数据, 采用波文比能量平衡法, 进行了该区域潜热和感热通量的估算, 分析了黄河源区高寒草甸下垫面辐射收支, 潜热、 感热和土壤热通量在不同季节的分配, 对该区域冬季地面加热场强度的变化进行了研究.结果表明: 该区域总辐射、 净辐射较强, 总辐射平均日积分值为18.06 MJ·m^-2·d^-1, 净辐射平均日积分值5.95 MJ·m^-2·d^-1, 曾观测到高达979.5 W·m^-2的净辐射通量.全年地表平均反射率为0.30, 接近于荒漠和半荒漠下垫面的反射率.植物生长季土壤湿度和冬、 春季地面积雪是影响该区域地表反射率的两个最主要因素.该区域感热通量年积分值为742.68 MJ·m^-2·a^-1, 潜热通量年积分值为1 388.58 MJ·m²·a^-1, 全年中地表以潜热方式传递热量为主.分季节分析, 冬季感热潜热强度相当, 春季以感热为主, 夏秋季则以潜热为主.土壤热通量年积分值为38.06 MJ·m^-2·a^-1, 全年热通量在热量平衡中约占1.8%, 但季节分配不平衡, 在冬季, 有|G|>H+LE, 土壤热通量是热平衡最大的分量.该区域地表全年向大气释放热量, 地表对大气而言是热源.     

Seasonal changes of fulvic acid,Ca and Mg concentrations of water samples collected above and in the Béke Cave of the Aggtelek karst system (Hungary)

Magnesium and Ca concentration ratios, fulvic acid content, total dissolved inorganic carbon (DIC) and pH were determined in seepage water and drip water samples collected during one seasonal cycle between June 2000 and May 2001 above and in the Béke Cave of Aggtelek (Hungary). Seepage water samples were collected at 0.5 and 7 m below ground level from an observation point situated above the cave. Drip water was collected 40 m underground from a group of stalactites. The fulvic acid concentrations were determined by fluorescence spectrometry after pre-concentration on a XAD-8 chromatographic column. Calcium and Mg concentrations were measured by inductively coupled plasma atomic-emission spectrometry. DIC was determined with a CO₂ – selective electrode. DIC values increased and the fulvic acid concentrations and Mg and Ca concentration ratios, generally, decreased with depth. The highest flux of fulvic acid was observed in spring. The fulvic acid flux increased by a factor of 2.6–3.6 and 1.4 for groundwater and drip water, respectively, compared with those registered in the winter samples. The variations in the Ca, Mg and fulvic acid concentrations of the seepage and drip water samples relate to the variable drip rate. The results revealed that there is a strong correlation between the daily average surface temperature, daily amount of precipitation and drip water rate registered in the cave.     

祁连山云和空中水汽资源的季节分布与演变

祁连山云和空中水汽资源具有明显的季节变化特征：总云量春季最多,夏季次之,低云量夏季最多,春季次之。近45年中的春季和夏季,总云量在减少,低云量在增加,对应降水也在增加;秋季三者都为减少趋势;冬季总云量和降水在增加,但低云却呈减少趋势。相关分析表明,总云和降水在夏季、秋季呈显著正相关,低云和降水在春季、夏季及秋季呈正相关;值得注意的是冬季低云和降水在祁连山的中东段呈负相关,但通不过信度检验。空中水汽主要沿两条路径输送到祁连山,平均状况下祁连山存在较强的水汽辐合,且东段辐合（-0.1～-0.05 kg/(m2·s）)强于中西段（-0.05～0 kg/(m2·s））。地中海、黑海、里海、咸海、阿拉伯海和孟加拉湾是祁连山的水汽输送源地,但各个季节又有所不同。祁连山区域的水汽收支表明,春季净水汽通量在1979年以后一直为正且呈增加趋势,夏季整个区域基本上是个“水汽汇”,秋季和冬季则一直为负。分析认为祁连山春、夏两季空中云水资源具有较好的开发潜力。     

祁连山地区能量平衡特征的模拟分析研究

利用VIC大尺度分布式水文模型,对祁连山地区2007年1—12月的能量平衡特征进行模拟分析.结果表明:该地区的地表能量平衡中感热通量占有主导地位,而潜热较小.春季,日尺度上的冻融循环过程造成的土壤湿度的增加是潜热通量较大原因;秋季的潜热通量主要是夏季的降水引起的,祁连山地区土壤湿度对大气的反馈效应较干旱区所需的时间尺度长.     

跨季节蓄热型地源热泵热传递规律研究

基于有限元分析法,建立了准三维非稳态传热模型。在试验验证的基础上,分析了跨季节蓄热型地源热泵蓄热过程中土壤温度、单位井深换热量、热作用半径随热泵运行时间的变化规律,讨论了土壤结构、入口水温、入口质量流量、热泵运行模式等对土壤传热规律的影响,并研究了土壤热平衡问题。结果表明:同一半径不同深度处,土壤温度增长幅度随土壤热扩散率的增加而增大;土壤热作用半径随热泵运行时间及入口水温的升高而增加,并逐渐趋于稳定;间歇运行模式下,地埋管附近土壤温度及换热量均呈波动式变化,且当径向距离大于0.3 m时,与连续模式一致;在满足换热量的情况下,流体质量流量不宜过大;系统运行一个周期（360 d）后土壤温度基本可以恢复,且流体入口温度不宜低于40 ℃。     

2005年青藏高原唐古拉地区地表能量收支状况分析

利用青藏高原唐古拉地区2005年涡动系统和10 m气象塔数据资料,计算分析了该地区地表能量收支状况.结果表明: 感热与潜热均有明显的季节变化特征,感热春季较大,夏季有下降趋势;潜热夏秋季节较大,冬春季节较小;净辐射在冬春季节主要转化为感热,夏秋季节转化为潜热,这些主要受季风、活动层冻、融过程及净辐射变化的影响.Bowen比夏秋季节平均为0.7,冬春季节平均为3.4,变化范围为-1.0～17.9.另外,研究显示降雨对感热、潜热通量影响较大.     

基于时间序列分析法的岩溶泉水位预测

济南城区岩溶泉是当地主要的供水水源,查明泉水动态规律并科学合理的预测泉水位对于泉域岩溶水资源的开发利用和保护具有重要意义。本文首先应用时间序列分析法将趵突泉和黑虎泉自2012年5月2日至2018年10月31日的逐日水位数据分解为趋势项、周期项和随机项,分析其水位动态变化规律并建立水位预测模型,结果显示泉水位动态在该阶段无显著趋势性;但受降水的影响,泉水位动态变化呈现两个主要的周期,多年性变化（3.2年）和季节性变化;同时由于受到各种无规律干扰因素的影响,泉水位动态呈现随机波动的随机项。其次,利用2018年11月1日至2020年8月24日的逐日泉水位数据验证上述水位预测模型的预测精度,结果表明该模型运行合理,预测效果较好,具有一定的实用价值。最后利用该模型预测了2020年8月25日至2022年10月31日泉水位动态变化,为当地岩溶水资源开发和管理提供了依据。      

Analysis of the Characteristics of Turbulent Flux and Its Footprint Climatology at An Agricultural Site

Based on quality controlled data from eddy covariance system and automatic weather station collected at Guantao farmland site from 2008 to 2010, the characteristics of diurnal, seasonal and annual variations of turbulent flux were reported. The corresponding source areas of flux measurement at different temporal scales were analyzed in detail, using arithmetic-averaged and flux-weighted footprint climatology calculation method, respectively. The main findings are as follows. Firstly, sensible heat and latent heat flux both show consistent diurnal variation throughout the year, while CO₂ fluxes only have significant diurnal variation in growing season with an opposite trend. The seasonal variation of the turbulent flux is mainly affected by the crop type and its growth status in different phenological periods. During growing season, latent heat flux and CO₂ flux are the dominant flux exchange items whose value are significantly higher in their middle growth stage than other ones during which latent heat and CO₂ flux exchange of the summer corn is stronger than winter wheat. Secondly, with combined effects of wind, turbulence and surface condition, the source area of flux measurement change most significantly at daily scale, less obvious at seasonal scale and smallest at annual scale. Finally, compared with arithmetic-averaged footprint climatology method, flux-weighted footprint climatology is a more reasonable method to calculate the source areas of the flux measurement, in that they account for the time change of the actual turbulent flux. The arithmetic-averaged results are most likely to overestimate the size of source area during small observed flux due to its weak turbulent exchange.     

溪洛渡水库水温日变化的测量与分析

溪洛渡等河道型水库具有库容大且径流量大的特点,热动力过程和水温分布迥异于天然河流或湖泊。通过温度链对溪洛渡水库坝前水温进行长期高频监测,选取升温期和降温期典型时段,分析表层水温的昼夜变化和温跃层的内波现象;计算表面热交换,并分析其对水温变化的影响。结果表明:水面混合层在水面热交换的控制下周期性出现和消失;在升温期水面吸热对于变温层升温过程有重要影响;在降温期,水面失热驱动了垂向混合,入流降温形成侵入流,共同控制变温层的降温过程;温跃层中24 h周期的内波形成与出流日调节有直接因果关系。与实测数据计算的水面热通量相比,采用气象站日值数据的溪洛渡数值模型的模拟值偏小。