塔克拉玛干沙漠腹地辐射平衡和反照率变化特征

辐射平衡直接影响地气系统物质和能量交换,辐射平衡研究极其重要。本研究使用了2006年8月至2011年12月位于塔克拉玛干沙漠腹地塔中的塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站地表辐射和反照率观测资料,分析了辐射平衡和地表反照率季节变化和年变化以及各种典型天气下日变化的特征,并与其他地区进行了对比。结果表明：沙漠腹地辐射平衡各分量最小值均出现在1月,各分量最大值出现时间不一致,其中短波辐射5月最大,长波辐射7月最大,而净辐射最大值在6月。各辐射分量夏季最大,冬季最小;总辐射四季平均日变化极值低于青藏高原,与黑河戈壁相差不大;反射辐射春季与夏季、秋季与冬季差值较小。短波辐射和净辐射各季日峰值出现在12：00,长波辐射各季日峰值出现时间比短波辐射滞后1～3 h。大气长波辐射各季日振幅较小,约为地面长波辐射的1/5～1/4,且地面长波辐射各季日变化为不对称分布;长波辐射各季日最小值都出现在日出前1 h。多云、浮尘和沙尘暴天气辐射平衡日变化不规则,云量和沙尘对辐射各分量影响明显;沙尘暴日,大气长波辐射峰值可增加18%,而总辐射、反射辐射、地面长波辐射和净辐射峰值分别衰减了57.8%、54.0%、55.8%和21.9%。地表反照率3月最大（0.30）,7月最小（0.25）,平均值为0.27;夏季小,冬季大;晴天早晨和傍晚大,沙尘暴日最大。     

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明：（1）利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R²均在0.8以上。（2）地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R²为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^-2。（3）地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征：早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。（4）地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。（5）沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。     

放牧对退化草地近地面辐射的影响

随着环境变化,草原地表状态也会改变,尤其是近地面能量收支过程变化更明显。为深入理解半干旱草原地表辐射能量平衡过程对放牧的响应特征,利用内蒙古正镶白旗典型退化草原2020年生长季（6—10月）的辐射通量观测资料,对比分析了禁牧、放牧草地太阳总辐射、地表反射辐射、大气长波辐射、地表长波辐射、净辐射以及地表反照率的日变化和生长季变化规律的差异。结果表明：在生长季,太阳总辐射随着时间推进逐月递减;禁牧区的地表反射辐射总体小于放牧区;各月大气长波辐射日变化幅度很小,处于130—370 W·m^-2;禁牧、放牧条件下地表长波辐射存在明显的季节变化规律,但是二者之间的差异甚微。内蒙古典型退化草原生长季近地面辐射通量有显著单峰型日变化特征。禁牧、放牧草地地表反照率都呈现“U”型日变化规律。生长季放牧草地的反照率明显高于禁牧草地。在禁牧区,辐射分量（地表反射辐射、大气长波辐射）和植被指数（归一化差异植被指数）对净辐射的影响是正向极显著的;而地表反照率和另一辐射分量（地表长波辐射）对净辐射有显著的负向作用。在放牧区,地表反射辐射和大气长波辐射对净辐射有极显著的正向作用;而地表反照率和地表长波辐射对净辐射的作用则是负向显著的。植被状况是影响内蒙古典型退化草原近地表辐射能量收支过程的首要因子。     

内蒙古半干旱草原沙尘天气对近地层微气象学特征影响分析

利用锡林浩特国家气候观象台2011年4-5月近地层微气象、地表辐射和湍流通量观测数据,对比分析了内蒙古典型半干旱草原下垫面在晴天、扬沙和沙尘暴天气下各气象要素、地表辐射分量和能量平衡的变化特征。对于半干旱草原区,地面风速越大沙尘天气越强;沙尘过程开始前地面空气较暖,开始后地面空气转为相对较冷的状态;沙尘气溶胶含量越高,5 cm地温日变化趋势越弱,在沙尘过程中5 cm地温值越小。沙尘气溶胶含量越高,太阳总辐射越弱,大气长波辐射越强;地表反射辐射与总辐射有相同的日变化特征;沙尘气溶胶白天使净辐射值减小,夜间使净辐射值增大。沙尘天气直接辐射衰减非常明显,而且散射辐射在总辐射中占很大的比重。沙尘气溶胶对紫外辐射的削弱很强,并且沙尘含量越高,对紫外辐射的削弱越强。沙尘气溶胶的辐射强迫作用对地表能量平衡产生影响,使向上的感热和潜热输送减弱,使向上的土壤热通量增强或向下的土壤热通量减弱。     

绿洲荒漠过渡带夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用张掖试验基地2006年6月24日至7月17日的加密观测资料,系统分析了夏季典型晴天张掖绿洲荒漠过渡带地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征。结果表明:夏季晴天绿洲荒漠过渡带总辐射值还是比较大的,并且净辐射值也很大,这说明绿洲荒漠过渡带地表具有比较充足的可利用热能,为加热大气和土壤提供了必要的热能条件。在地表能量分配中,晴天绿洲荒漠过渡区主要用于大气运动引起的感热交换,其次是土壤交换,用于水蒸发相变的能量相对较小。近地层空气温度和湿度的变化刚好相反。气温白天随高度的增加而递增,夜晚随高度的增加而递减。近地层大气温度变化要比地表温度缓慢。白天土壤辐射增温,越接近地表增温越快,夜间辐射冷却,地表温度下降最为明显。近地层水平风速在白天较大,夜间逐渐减小。在绿洲荒漠过渡带全天以上升气流为主,水平风速随高度增加明显递增。     

沙区绿化对区域气候影响的数值模拟研究

利用GCM-SSiB全球大气环流谱模式,设计两组数值模拟试验(即控制试验(CE)和绿化面积扩大试验(GE))。研究了大陆绿化对我国区域气候变化的影响。模拟结果表明:沙区绿化后,年平均地表温度升高,海平面气压下降,纬向风速减弱、夏季风增强,冬季风减弱,夏季低空上升运动加强,冬季下沉运动减弱,降雨量显著增加,低层大气比湿、地表蒸发量、感热及潜热通量亦增加。绿化后气候趋向暖湿,极有利于生态环境建设和荒漠化的进一步治理。     

干谷和湿谷边界层气候差异的数值模拟研究

本文建立了一个采用地形坐标的、包含大气边界层湍流参数化方案,大气辐射过程的参数化方案、陆-气-水相互作用的地面温湿度预报方案等物理过程的非静力近似中小尺度数值模式,用这个模式试验研究了在气候平均值的背景下谷底水体的有无对山地气候影响的一般情况。模拟结果表明:由于水体的存在,夜间谷底气温较干符情况有较大的升高,山谷逆温受到破坏;白天谷底气温则有降低。湿谷中的地湿一般都较干谷中大,尤其是夜间更为明显。无论白天还是夜间,由于山谷风和湖陆风共同作用的结果,湿谷中的风速都此干谷中大,湿谷中的局地环流比干谷中的更为明显。     

乌鲁木齐市城区和郊区气温分布及廓线特征

利用乌鲁木齐市5座100 m气象塔10层气温观测资料，通过统计方法详细分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层不同高度气温季节变化和日变化特征。研究表明：乌鲁木齐市四季均存在逆温，北郊逆温最明显。近地层100 m内主城区气温日较差较小，约为3.5～5.5 ℃；郊区气温日较差较大，约为4.2～7.0 ℃。夏季郊区气温高于城区，冬季北郊气温最低、南郊最高；白天大气基本上为超绝热不稳定状态，夜间城区气温高于郊区。春、秋季，白天城区和郊区温差小、夜间大，且愈近地面温差愈大；春季城区与南郊温差可达2.4 ℃、秋季可达3 ℃。城区和郊区各季节各层最高气温与最低气温出现时间几乎不同步达到。夏季、秋季、冬季和春季最高气温分别约在17:00～18:10、16:00～17:20、14:30～15:50（北郊滞后1.5 h）、17:00～18:00（南郊提前1.5 h）出现，最低气温分别约在7:10～8:20、8:00～9:00、冬季为多个时段（这与出现逆温有关）、7:30～8:40出现。     

中国西北干旱区沙尘暴源地风沙大气边界层特征

应用西北干旱区沙尘暴源地甘肃省民勤县1971-2008年共1 811个大风/沙尘暴个例的逐日08：00和20：00高空资料、降水、日最高气温以及沙尘暴实时资料,详细探讨了不同月份和季节干湿变化、沙尘暴强度、沙尘暴出现时间和持续时间的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明：（1）沙尘暴发生时4-5月最大混合层较厚,在2 500 m以上;而强沙尘暴发生时6-7月较厚,7月最厚为2 530 m。3-8月沙尘暴发生时最大混合层厚度低于大风发生时的200～400 m;4-5月下午沙尘暴发生时最大混合层较深厚,在2 700 m左右。沙尘暴持续时间与最大混合层厚度成反比。（2）沙尘暴发生时扰动和锋面逆温频次多而强,扰动逆温明显较强,达2.5 ℃/100m,锋面逆温高度在700～1 000 m,扰动逆温高度在150～400 m之间;而大风发生时辐射和锋面辐射逆温频次多而强,强沙尘暴发生时锋面逆温明显较强,这说明沙尘暴多由风场的剧烈扰动和锋面过境引起。（3）白天800 hPa以上有干气层存在,夜间干暖和逆湿现象显著。近地层越干冷、西北风越强,强沙尘暴持续时间越长。     

金塔绿洲风场与温湿场特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V3.6非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,模拟研究了甘肃河西走廊金塔绿洲风场与温湿场特征。结果表明:由于绿洲的存在,绿洲沙漠系统产生的次级环流对局地环流有一定影响;平流作用将沙漠中的干热空气送向绿洲,绿洲近地层会出现逆温,感热向地表输送;沙漠上由于临近绿洲的水汽平流作用,上层大气湿度比低层更大,这就是逆湿现象。     

库姆塔格沙漠春季近地面风场、温度场特征

 利用中尺度区域预报模式系统对库姆塔格沙漠及其周边地区春季近地层风场与温度场分布特征进行了模拟和分析。结果发现,受青藏高原地形影响,偏北气流向南运行在途经库姆塔格沙漠的过程中发生3个分支:①在沙漠东部气流逐渐转变为西北风吹向甘肃省;②中西部气流以较强的东北风流向塔克拉玛干沙漠;③另一部分气流继续顺势南下流入青海省。沙漠区域温度从北向南逐渐降低,在青海省的边界上出现一个低温带,然后温度又开始增加。     

兰州市南北两山绿地景观格局分析

将景观生态学的理论与兰州南北两山环境绿化工程的实际相结合,运用景观格局分析方法、GIS（ARC/INFO）和数理统计等多种方法,在绿化工程景观评价指标研究的基础上,研究了兰州南北两山环境绿化工程区域按坡度分布的景观格局特征。结果表明：兰州市南北两山各个分级坡度上景观多样性均不高,除0°~9°上的大于1外,其余的均小于1。各个分级坡度上景观格局指数、各指标的组合状况值、景观格局综合指标值总体上符合随坡度增加而减小的趋势。但40°~49°的景观格局指数、各指标的组合状况值、景观格局综合指标值比30°~39°的景观格局指数、各指标的组合状况值、景观格局综合指标值稍大,这是因为40°~49°上的林地和农地的斑块数较30°~39°的多,且占本坡度所有土地面积的比例也大于30°~39°的。兰州市南北两山各个分级坡度上景观格局指数、各指标的组合状况值、景观格局综合指标值在0°~9°上均明显高于其他坡度地区的。     

兰州市南北两山人工灌木林地土壤水分动态

通过定位监测与对比分析,对兰州市南北两山不同生境下柠条和柽柳林地的土壤水分变化情况及土壤水分亏缺状况进行了研究。结果表明:水分亏缺程度、耗水量、耗水强度、吸水能力、根系周围土壤深层水分下降速度,都表现为：柠条>柽柳\.据此认为,在兰州市南北两山这种较干旱地区,如果立地条件允许,更适宜种植柽柳。土壤水分的季节性变化是降水和植物生长综合作用的结果,降水和植物生长对土壤表层的含水量影响较为显著,而对深层土壤水分的作用不明显。土壤水分的季节变化与降水和植物生长的季节性变化相似,可分为三个时期：春季水分消耗期、夏季水分补给期、秋末冬季土壤水分平稳期。     

敦煌鸣沙山月牙泉景区风沙环境分析

基于月牙泉周边7个气象站点同步风况资料,探讨月牙泉周边起沙风况、输沙势以及主导输沙方向的空间分布特征。结合月牙泉周边沙山、建筑物、树木等的方位特点,剖析了近年来月牙泉受沙害困扰的缘由。由于受南北两高大沙山的夹击,该区北风相对较少,西风和南风较强,南侧沙山的北移最为突出,直接威胁月牙泉的存亡。     

兰州南北两山绿化区植物与植被类型初查

通过对兰州南北两山环境绿化工程区进行植物、植被类型调查,结果表明：该项目区内植物资源相对丰富,有植物185种,分属于56科;区内植物生长状况良好,植物群落趋向多元化,且稳定性增加;按照植物群落学—生态学原则,并参考中国植被分类系统,将工程区内植被类型划分为９种类型,即 2种天然植被类型和7种人工植被类型。根据当前所造林分多为结构单一的纯林的现状,认为今后在南北两山进行植树造林应考虑营造混交林,以提高林分稳定性和抵御病虫害的能力,并积极采用人工措施促进森林更新。     

黄土高原西部兰州市郊植被的水环境响应

通过调查兰州南北两山及周边地区的植被类型、生长状况以及土壤水分等因子,分析了植被的生长与气候环境的关系,对在兰州地区造林绿化的适应性以及各地植被分布的类型、特征进行了深入的分析。结果表明,年降水量是决定植被生长状况最关键的因子,兰州市周边地区的植被分布状况基本是东部稍好于南部,南部显著好于北部。东部和南部植被以乔木为主,北部以耐旱灌木为主。不论乔木和灌木,保障土壤含水量常年处于5％以上是人工造林可持续发展的底线。     

兰州市郊人工林群落结构及稳定性初探

植物群落稳定性是生物本身与其生存环境的一种和谐,通过对南北两山人工植物群落主要树种、结构、天然植被的现状研究,以近自然林业理论为指导,从群落稳定性角度出发,提出了南北两山人工林群落总体布局和现有林地优化改造的思路。兰州南北两山人工林群落的稳定性,应建立于南北两山环境条件和与之相适应的树种之间一种相互适应的基础上,南北两山近城区及兰州至中川机场绿色通道面山灌溉较好的地段,宜发展乔、灌、草复合群落结构;局部条件优越的台、坪地宜发展以经济林为主的单层乔木林;灌溉条件较差或无灌溉区域宜为灌、草两层群落结构,形成稳定的近自然群落。对适宜区采取科学合理的调控技术,充分利用天然降水,维持群落的稳定性,降低运行成本。     

西藏米拉山区土壤主要养分元素垂直分布特征

研究了米拉山区域土壤常规营养变化情况。该区域位于冈底斯山脉东段,巨大的高差、复杂多样的地势结构与地貌作用过程,以及极为复杂多样的气候类型、植被分布等,决定了本区域土壤形成过程的多样化和鲜明的垂直地带性分异特点。按垂直高程变化每100m设一采样点采集各剖面层土样样品,分析其常规营养组成。结果显示:米拉山东坡土壤显弱酸性,西坡土壤从米拉山口至拉萨由弱酸性递变至弱碱性;有机质从林芝八一镇至米拉山口而至拉萨市呈现递减规律变化,而且随剖面深度增加而降低;土壤全氮东坡A层高于西坡,B、C两层变化不明显,速效态氮东西坡剖面层次性变化分明,从八一镇至米拉山口递增,从米拉山口至拉萨递减;全磷含量A层高于B、C层,东坡剖面层次性变化较西坡显著,有效磷从八一镇至米拉山口递减,从米拉山口至拉萨递增;研究区土壤中钾素含量变化不明显。     

基于CFD技术的河谷型城市风环境模拟——以兰州市城关区为例

本文应用CFD软件对多种流场的强大模拟功能,模拟小尺度的兰州市城关区风环境。选用SRTM资料表征兰州市城关区的地形,应用ArcGIS生成兰州市地形模型,计算相关参数,将计算得到的地形粗糙度和兰州多年气候资料转化为CFD模型的数字参数及模拟边界条件等,首次模拟得到河谷型地区兰州城关区的风环境。结果表明:（1）河谷型地区中,气流过山时风速达最大值,依山体高度增大,而在背风坡风速值明显降低,达到0～1 m·s-1;（2）气流过境时在沿河谷前进,且在谷底风速值达0～1 m·s-1;（3）在模拟城市热岛效应的对比实验中,地块加热对气流过境有停滞作用。     

城市屋面绿化对城市气候影响预评价

本文用移植法和数值模拟法分析了屋面绿化气候的影响过程，并用局地系统的热量平衡方程和水分平衡方程对城市屋面绿化后对温度、湿度及风、云、雾、降水等作了预评价。