植被覆盖异常变化影响陆面状况的数值模拟

利用NCAR最新的公用陆面模式CLM3．0，通过数值模拟初步研究了植被叶面积指数（LAI，leafareaindex）异常变化对陆面状况的可能影响，结果表明，植被LAI的异常变化能够引起地表能量平衡、地表水循环等陆面状况的异常。（1）植被LAI的异常变化主要影响太阳辐射在植被与地表之间的分配，以及地表的感热、潜热通量。植被LAI增大，能够引起植被吸收的太阳辐射增加，而到达土壤表面的太阳辐射减小，并导致植被的蒸发、蒸腾潜热通量增加，造成地表的蒸发潜热和感热通量不同程度的减小。（2）植被LAI增大时，植被对降水的拦截和植被叶面的蒸发增大，植被的蒸腾作用也明显增强；植被LAI增加会使得热带地区各个季节的土壤表面蒸发、地表径流减小，而土壤湿度有所增加；LAI增加造成中高纬度地区土壤蒸发的减少主要出现在夏季；LAI增加还能够引起中高纬地区冬、春积雪深度不同程度的增加，造成春末、夏初地表径流的增加。（3）植被LAI增加能够使得叶面和土壤温度有所下降，但植被LAI的变化对叶面、土壤温度的影响相对较小。     

南疆夏季降水异常的环流和青藏高原地表潜热通量特征分析

利用1980—2004年NCEP/DOE新再分析月平均资料及我国225个测站1980—2004年月降水量资料,通过诊断分析,研究了南疆夏季降水异常的环流和高原地表潜热通量特征。结果表明:南疆夏季降水偏少年,南亚高压西部偏强,西风急流位置偏北,500 hPa中高纬环流经向度减弱,伊朗高压偏北、偏东,西太平洋副热带高压偏西、偏南;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年,高原北部和南疆地区为下沉的垂直环流距平,Ferrell环流增强;降水偏多年则相反。南疆夏季降水偏少年和偏多年的前期冬春季开始孟加拉湾、青藏高原和南疆地区地表潜热通量具有相反的变化,南疆夏季降水与高原北部地表潜热通量呈显著正相关,与南部地表潜热通量呈反相关关系。     

欧亚中高纬陆面感热异常影响我国夏季气候的数值模拟

使用区域气候模式RegCM4.4.5.7,通过改变春季欧亚大陆中高纬地区的陆面感热通量,对欧亚中高纬感热异常影响中国夏季气候进行模拟分析,并探讨其影响机制。试验结果表明:当春季欧亚中高纬陆面感热通量加强时,我国长江流域和东北东部夏季气温降低,降水偏多;华北地区气温升高,降水偏少。春季陆面感热增强引起近地面和对流层低层大气热力状况异常,进而导致高度场和环流场的异常,长江流域和东北地区有气旋环流,对流运动旺盛,结合充足的水汽条件,对应降水偏多,而华北地区则相反,有反气旋环流和微弱的气流辐合,对应降水偏少。研究表明欧亚中高纬陆面感热异常是影响我国夏季气候的一个不可忽视的因子。     

环太湖地区土地利用变化的局地气候效应

利用WRF模式和1985年、2005年环太湖区域的土地利用资料,模拟了环太湖区域土地利用变化的局地气候效应,并从陆面过程的角度进行了分析。模拟结果显示：城市扩张区域净短波辐射通量增多,地面温度升高,感热通量增大,潜热通量减小。近地面水平风场在城市化地区风速减小,在城市化带方向上形成狭长的动能衰减区域。湖陆风和城市热岛环流增强,城市化地区向上垂直速度增大,积云性降水增多。老城区和郊区下沉运动增强,对流受到抑制,积云性降水减少。层云降水的改变,集中在层云降水的大值区,且多呈带状分布。总降水在城市化区域增强,在老城区和郊区减少,积云性降水占总降水的比值增大。在土地利用没有变化的区域,降水的改变与地表能量通量的改变在空间分布上大致吻合。     

关于亚洲夏季风爆发及北半球季节突变的物理机理的诊断分析:Ⅰ季风爆发的阶段性特征

该工作将亚洲季风区作为一个复杂的海-陆-气耦合系统,来深入考察季风区海-气、陆-气相互作用的基本事实和物理过程,探讨它们在决定亚洲季风爆发及北半球行星尺度大气环流的季节突变的物理机理。本文是系列文章的第一篇,着重研究亚洲夏季风爆发的区域性和阶段性特征,以及过渡季节热带、副热带地区海-气、陆-气相互作用的基本事实,初步分析了它们之间的联系。研究表明,热带季风对流于4月底到5月初越过赤道进入北半球,首先出现在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区,然后于5月中旬和6月上旬末分别出现在南海和印度半岛地区,呈阶段性爆发的特征。季风对流在孟加拉湾东部-中南半岛西南部地区爆发阶段,在大气环流变化和对流活动中心位置出现区别于南海季风和印度季风爆发的特征。通过对地表感热通量和海表潜热通量的分析,表明热带海洋上海表感热通量甚小于海表潜热通量,南海季风爆发时期印度洋上海表潜热通量显著增大,印度季风爆发后海表潜热通量的高值中心在孟加拉湾和阿拉伯海上建立起来。印度洋上低层增强的过赤道气流引起的强烈的海-气相互作用导致海表水汽的大量蒸发,并通过其输送作用,为季风对流的爆发提供了充足的水汽来源。过渡季节在副热带地区(沿27.5～37.5°N纬带上), 青藏高原和西太平洋上地(海)表感热通量和潜热通量均有迅速的季节变化性, 但趋势相反。当青藏高原上地表感热通量和潜热通量呈阶段性的显著加大, 西太平洋上海表感热通量和潜热通量迅速减小。这种大陆和海洋对大气加热的显著的季节化的差异, 影响着大气环流的季节转变。     

甘肃马衔山区陆面过程与降水的研究

采用定西的麦田微气象观测,定西、兰州的辐射观测和马衔山区34个气象、水文和雨量站的气候资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料以及反演的地表植被盖度和反射率,并用SEBAL算法推导出夏季地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度的区域分布特征,并分析陆面过程对降水的影响。结果表明:本区降水的空间分布与夏季植被盖度对应最好,相关系数高达0.722,其次是土壤热通量和潜热通量,相关系数分别为-0.65和0.615。这表明森林通过降低地表反射率和表面温度,不仅增加地表净辐射,而且减少其用于感热和土壤热通量的消耗。由于林区地表水分多,从而将接收较多的太阳辐射能主要用于蒸散,增加边界层中的水汽。故林区降水远大于植被稀疏的半干旱黄土梁。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

青藏高原植被下垫面对东亚大气环流影响的数值试验

采用Ｊ．Ｗ．Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ（１）地表植被参数化方案，利用Ｐ－ａ原始方程５层模式（２），分析了青藏高原有植被和无植被两种不同下垫面情况下的大气响应，结果表明有植被下垫面通过增加向大气输送潜热通量，加强了高原上空的热低压，增强了高原北部的热成风，加强了高原南侧的季风环流，使青藏高原及我国东南地区的降水增多。     

欧亚中高纬冬季地表感热异常与中国西北东部夏季降水的可能联系

利用1979—2012年NCEP/DOE月平均地表感热通量再分析资料、西北东部156站夏季降水日资料,分析了欧亚大陆中高纬(61°N—67°N,53°E—68°E)冬季地表感热通量对我国西北东部夏季降水的影响。结果表明,当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏大时,春、夏季地表向大气输送感热值也偏大,引起了夏季500 hPa乌拉尔山阻塞高压加强,蒙古低压加深,西北太平洋副热带高压强度偏强,位置偏西,西风急流位置偏北,南亚高压呈东部型;对流层中低层表现为异常上升气流,同时有水汽的辐合,西北东部位于副高外围和蒙古低压底部,大气环流场的变化导致中国西北东部夏季降水偏多。当欧亚大陆中高纬冬季大气向地表输送感热值偏小时,春、夏季地表向大气输送感热值偏小,引起相反的夏季大气环流异常,使得中国西北东部夏季降水偏少。     

热带西太平洋潜热通量异常影响华南6月降水的模拟研究

通过统计分析和区域气候模式RegCM3的模拟试验,对热带西太平洋关键区潜热通量异常影响华南6月旱涝的机制进行研究。结果表明:（1） 华南6月的降水与热带西太平洋5月和6月的潜热通量都存在负相关关系,特别是与5月热带西太平洋关键区的潜热通量存在更为显著的滞后负相关。（2） 热带西太平洋关键区潜热通量异常是影响华南6月旱涝的重要因子,其概念模型是:5月和6月热带西太平洋潜热通量异常增高,在其西北侧对流层低层出现一个异常的气旋性环流,华南地区位于气旋性环流西侧,为东北风异常,不利于西南季风进入我国华南地区,水汽减少。同时,形成一个潜热通量异常区上升、而在华南地区下沉的垂直环流,华南降水减少,导致干旱发生。当5月和6月热带西太平洋潜热通量异常减少,在其北侧出现异常反气旋式环流,华南地区处于环流西侧,西南气流加强,有利于水汽输送。同时,出现一个热带西太平洋潜热通量区下沉、而华南地区上升的距平垂直环流,造成华南地区洪涝多雨。      

陇东地区近5年植被变化与降水的关系

利用NOAA卫星AVHRR遥感资料，对甘肃省陇东地区1997—2001年地表植被指数的空间分布和年变化进行了分析，并对相应时段内的降水量与植被指数之间的关系，以及降水对该地区植被的影响进行了分析。结果表明，该5年陇东地区平均植被有减小趋势，但北部有所增加；降水量的多少对地表植被的月变化起重要作用，特别是对农作物区植被的影响；对于林区植被，降水的年际变化对地表植被的影响比较小，森林区植被指数最高；2000年及2001年的1～6月，尤其是2001年植被指数最低。     

Spatial energy budgets in alpine tundra

Summary Modelling and Geographic Information System (GIS) technology are employed in order to extend spatially, estimated and observed growing season values of the components of the surface heat energy budget for an area of alpine tundra in the Colorado Front Range. A surface equilibrium temperature model is calibrated for one sub-class of vegetation surface and is used to model surface heat energy budget component values for other sub-classes of vegetation. The model values compare favorably with values independently estimated or observed. The data are spatially displayed using the Idrisi GIS. At the microclimatic scale the presence of different sub-classes of vegetation plays a large role in controlling the actual values of the surface heat budget components. This is in contrast to the larger scale at which climatic variables such as air temperature control the overall vegetation type found in the area.With 6 Figures     

基于资源卫星图像对NDVI进行大气修正的一种简单方法

在遥感应用领域，植被指数己被广泛用来定性和定量表征植被覆盖度及其生长状况。由于大气变化的影响，使植被指数未能真实反映地表植被的真实分布状况，造成其应用的局限性。提出了一种简易方法，仅通过中巴资源卫星(CBERS：China Brazil Environment Resoure Satellite)图像的第3、第4波段中的水体，推算卫星接收到的大气程辐射，消除了大气对归一化植被指数(NDVI：Normalized Differece Vege—tation Index)的影响，减小植被指数所受的大气影响。应用结果表明，该方法能使植被指数较好地反映植被的生长及分布状况。     

内蒙古典型草原区域Palmer气象干旱指数适用性分析

本研究选取我国内蒙古典型草原下垫面区域,进行PDSI在半干旱半湿润典型草原下垫面下的适用性分析。从各单点PDSI结果与区域平均PDSI的相关性结果以及PDSI与降水距平百分率、标准化降水蒸散指数、归一化植被指数以及实际干旱记载对比分析可以看出,PDSI结果与其余各干旱指标对比分析结果无论在时间趋势的一致性还是空间分布的吻合程度方面均很好的对应,说明PDSI在典型草原下垫面区域具有较好适用性,能很好反映此类下垫面状况下的干湿状况;同时,PDSI在指示频繁交替的旱涝时存在时间滞后性。研究结果可为PDSI在类似区域的精细化应用及在其余下垫面状况下的适用性分析提供参考。     

利用ASTER数据分析南京城市地表温度分布

城市环境日益受到人们重视, 南京是长江下游人口密集的城市, 研究南京市地表温度分布对了解南京城市气候, 改善生活环境, 为城市发展规划提供有效的气象服务具有一定科学意义。该文利用2002年8月21日10:30 (北京时) ASTER热红外数据, 在ENVI软件的支持下, 通过劈窗算法反演南京城市地表温度, 进一步生成城市地表温度分布等温线图。用同时相ETM+数据进行验证, 二者十分吻合, 说明ASTER反演结果可靠。结果表明:南京市存在明显的热岛效应, 城市地表温度分布差异大; 不同下垫面的地表温度差异明显, 城区地表温度总体高于郊区, 植被覆盖密集区地表温度低于植被稀疏地, 具有较大水域面积和较密植被的城中各大公园形成多个冷岛, 长江水体温度最低; 随着城市的扩大, 新城区热岛效应更加明显。水体和密集植被能显著改善城市环境。     

内蒙古草地类型与生物量气候区划

根据内蒙古自治区1961—2007年107个气象站资料,利用梯度距离平方反比法,推算出内蒙古自治区湿润度的千米网格数据图形。结合内蒙古实际植被类型的分布规律,确定了内蒙古5种草原类型和6个产草量等级的气候区划指标。利用得到的气候区划指标,对湿润度栅格数据进行分级,绘制了内蒙古自治区天然草原草地类型和产草量地理分布的区划图。应用2007—2009年65个野外考察样点数据和2004—2008年49个生态观测站点的数据,对气候区划结果进行了可靠性验证,分析表明:内蒙古草原类型区划结果和实际的草原类型分布具有较好的一致性,可以用于内蒙古草原气候区划。针对各分区进行评述,并提出了合理布局的对策建议,研究结果可为内蒙古自治区农业结构调整及畜牧业生产优化布局提供参考。     

Some Phenomena of the Interaction Between Vegetation and a Atmosphere on Multiple Scales

This article studies the response of the distribution pattern and the physiological characteristics of the ecosystem to the spontaneous precipitation and the interaction between vegetation and the atmosphere on multiple scales in arid and semi-arid zones, based on measured data of the ecological physiological parameters in the Ordas Plateau of northern China. The results show that the vegetation biomass and the energy use efficiency of photosynthesis are especially sensitive to the annual precipitation; strong and complex interactions exist between the vegetation and the atmosphere on multiple scales leading to supernormal thermal heterogeneity of the underlying surface, the strong vortex movement and turbulence. This study can facilitate understanding of the land surface processes and the influences of global climate change as well as human activities on the human environment in the arid and semi-arid zones. It also aids in improving the parameterization schemes of turbulent fluxes of a heterogeneous underlying surface for land surface processes in climate models.     

中国北方四类典型下垫面能量分配特征及其环境影响因子研究

中国北方疆域辽阔,多种植被类型交错分布,陆面过程较为复杂。研究该区域地表能量平衡及分配过程,有助于进一步了解其生态系统的生产力及气候变化。本文使用"中国北方协同观测实验"观测资料,选取中国北方四种植被类型——高寒草甸、荒漠草地、玉米农田及半干旱草地,在深入认识地表能量分配特征的基础上,讨论了环境因子对能量分配的影响。结果表明,上述四类典型下垫面能量闭合度在71%~91%,其中半干旱草地最大,玉米农田最小。从各能量分量与净辐射的比率来看,荒漠草地、半干旱草地净辐射主要通过感热形式加热大气,感热通量占净辐射的百分比分别为29%和36%;高寒草甸、玉米农田潜热通量占主导地位,其值分别占净辐射的42%和37%。影响各下垫面水热综合参数Bowen比的气象因子中,半干旱草地受地-气温差(R2=0.64)和饱和水汽压差(R2=0.56)的影响;玉米农田则主要受地-气温差(R2=0.52)的影响;荒漠草地地-气温差(R2=0.37)和平均风速(R2=0.23)是其主要影响因子。Bowen比与NDVI之间存在显著的指数关系(R2=0.74),且随NDVI的增大而减小。     

中国西部植被覆盖变化对北方夏季气候影响的数值模拟

植被覆盖的变化是气候变化的成因之一,植被改变对气候的反馈可能会加强或者减缓气候的变化.文中利用CCM3全球气候模式以及20世纪70年代和90年代中国西部的植被覆盖资料进行数值模拟试验,研究了这两个时期植被变化对北方夏季区域气候的影响.模拟结果表明:植被增加的地方,地面吸收的辐射通量增加;植被减少的地方,地面吸收的辐射通量减少.地面辐射平衡的变化造成局地大气热量异常,并引起周边大气热量的调整,从而导致东亚地区夏季大气环流异常.相对于70年代的植被状况,用90年代植被模拟的北方地区对流层上层为异常气旋性环流,而中、低层为异常反气旋环流,东北亚到中国东部盛行异常北风,同时西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏南.这种异常环流特征说明模拟的90年代中国东部夏季风明显减弱,异常的环流形势造成华北和东北地区夏季水汽输送减少,水汽辐合减弱,年降水量减少了40 mm,呈现减少的特征,这是和观测事实是比较吻合的.降水和环流的异常还造成华北和东北夏季平均地面气温降低了0.4-0.8℃.因此近30年来中国西部植被变化可能是东亚夏季风年代际变化以及北方夏季降水减少的一个重要因素.