塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射与能量平衡

利用2013年塔克拉玛干沙漠塔中流动沙面地表辐射、土壤热通量、土壤温湿度和湍流通量观测资料,分析了沙漠腹地地表辐射和能量收支特征及闭合状况。结果表明：除潜热通量外,其余地表辐射各分量和能量平衡分量的月平均日变化结果整体均表现为标准的单峰型日循环形态,其中R_s↓与R_s↑变化同步,R_l↑、R_l↓滞后R_s↓0.5 ~ 1 h。各分量均表现出夏季高、春秋季次之、冬季低的季节波动性。干旱和极低的植被覆盖造成沙漠腹地全年潜热通量始终较为微弱,约占净辐射的2.8%,感热通量成为能量的主要消耗形式,约占净辐射的49%。偶尔的降水会刺激潜热通量突然增加。地表反照率相对较高且稳定,日变化呈早晚大、正午小的“U”型趋势,并具有明显的冬季高、夏季低的季节波动性,年均值0.28,月均值0.25~0.32。能量残差各月的日变化也均呈单峰曲线,日出后和日落前能量闭合程度最佳,并出现过闭合现象,全年夏季小,春秋季次之,冬季较大,月平均日峰值5.1~99.9 W·m^-2。土壤表层热储存是影响该地区能量平衡的重要因子之一,考虑表层土壤热存储后,地表能量闭合率达75.3%,能量闭合率夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,白天相比夜间有大幅提升。     

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。     

冬春交替期沙尘过程对黑河流域戈壁地表能量平衡扰动的个例分析

利用张掖国家气候观象台梯度塔温度、湿度和风观测资料,结合近地层辐射、土壤温度、湿度和土壤热通量资料,由地表热量平衡条件和Bowen比概念求得感热和潜热通量,对比分析了冬春交替期背景条件与沙尘天气黑河戈壁地表能量和辐射平衡特征。结果表明,典型晴天和出现扬沙天气前同时段内净辐射的小时平均值非常接近,但沙尘天气发生后,净辐射迅速减小;沙尘天气发生时近地面层空气湿度远小于同时段背景条件下小湿度;典型晴天各层地温存在比较典型的日变化特征,而沙尘天气发生之初,0 cm、5 cm和10 cm处土壤温度快速升高;典型晴天表现出明显的地表辐射平衡的日循环特征,扬沙期间日循环特征被破坏,向下短波辐射减少尤为明显。     

巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射与能量平衡特征

利用2013年7月、10月和2014年1月、4月巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流动沙地地表辐射、土壤热通量、土壤温湿度和湍流通量等观测资料,分析了拐子湖地区地表辐射收支和能量通量在不同季节条件下的日变化特征及能量分配和闭合状况。结果表明:地表辐射各分量和能量平衡分量的月平均日变化结果整体均表现为标准的单峰型日循环形态,受不同季节影响,日变化曲线存在显著的季节变化差异,各分量均呈7月最大、1月最小、4月大于10月, 1月和7月的R_s↓、R_s↑、R_l↑、R_l↓、R_n日均值依次为98.9 W·m^-2和614.6 W·m^-2、34.6 W·m^-2和87.3 W·m^-2、276.9 W·m^-2和494.2 W·m^-2、214.8 W·m^-2和385.0 W·m^-2、0.4 W·m^-2和128.7 W·m^-2。与塔中、肖塘等地相比,该区域具有相对较高的地表反照率,整体呈冬季高夏季低,年均0.34。1月和7月的H、LE、G₀日均值依次为4.7 W·m^-2和78.8 W·m^-2、0.3 W·m^-2和20.3 W·m^-2、2.9 W·m^-2和35.0 W·m^-2。从能量分配来看,研究区干旱的气候和极低的植被覆盖造成了各季节全天潜热通量占净辐射份额始终较小,白天以感热为能量的主要消耗形式,土壤热通量次之。此外,R_n于正午达到日峰值后逐渐减小,受辐射强迫升温的地面以感热形式对空气的热量输送却不断持续,而促使H/R_n日间始终保持明显的增长趋势。     

古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠.利用2017年该沙漠克拉美丽站辐射资料,分析了古尔班通古特沙漠不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征.结果表明:(1)不同月份沙漠辐射收支各分量月平均日变化均呈单峰型,但极值大小及出现时间存在差异.各分量曝辐量季节变化明显:太阳总辐射表现为生长期(4-9月)＞积雪期...     

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。     

敦煌湖泊湿地生态系统地表辐射平衡特征

利用2013年干旱环境背景下敦煌湖泊湿地生态系统的辐射数据,分析了该地区的辐射变化特征。结果表明：不同的天气背景,各辐射分量的日变化过程差异较大,晴天变化曲线呈平滑的单峰型,多云天气平滑度不如晴天,阴天、雨天和沙尘天气呈现了不规则的多峰型变化;各季辐射通量的日变化都呈单峰型,但收入量差异较大,极值出现的时间也不相同。向下短波辐射、向上和向下长波辐射、净辐射月总量的变化表现出明显的季节性,夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季,向上短波辐射的月总量的季节变化不太明显。各辐射分量日平均值具有明显的季节性,夏、春季较大,秋、冬季较小,最大值出现在6月或7月,最小值出现在12月或1月。生长季的地表反照率要低于非生长季,各季日平均反照率都是早晚高,中午低,呈"U"型。     

塔克拉玛干沙漠南缘生态过渡区辐射平衡特征

塔克拉玛干沙漠南缘属于生态过渡区,地表性质时空变化较大,陆面辐射平衡和地表反照率特征均较特别,目前对这方面了解并不充分,所以有必要开展塔克拉玛干沙漠南缘辐射平衡研究。利用青藏高原北侧陆-气相互作用观测站2019年12月至2020年11月地表辐射数据,分析该地区不同时间尺度和不同天气条件下辐射平衡与地表反照率特征。结果表明:(1)不同月份各辐射分量月平均日变化均呈单峰型,但极值及其出现时间有差异。各辐射分量月曝辐量季节变化明显,向下短波辐射表现为春季>秋季>夏季>冬季;向上短波辐射则为春季>夏季>秋季>冬季。(2)向下和向上短波辐射在季节变化上均为春季最大,冬季最小,其余各辐射分量则夏季最大,冬季最小。(3)典型天气除晴天各辐射分量日变化规则外,在多云、降水、浮尘、扬沙、沙尘暴天气下各辐射分量变化不规则,其中降水与沙尘暴对向下短波辐射的影响最为明显。(4)地表反照率各月变化形态不规则,最大和最小月均值出现在3月和5月,分别为0.37和0.29,年均值为0.31。(5)晴天各辐射分量日变化为标准的倒“U”型,降雨和降雪下各辐射分量变化均不规则,其中地表反照率对降雨及降雪的响应分别对应为减弱和增强。     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

南极冰盖地表能量平衡的研究进展

南极冰盖地表能量平衡研究,是耦合冰冻圈、大气圈和水圈过程的基础之一,对了解冰盖表面物质平衡过程、提升极地天气气候预报水平有着极其重要的意义。随着近年来极地观测水平的提升,南极冰盖地表能量平衡研究取得了长足的进步,特别是在辐射参数化和有效热传导系数模拟等方面。但在南极广袤的地域和多样的天气条件下,已有的研究大都适用于局地环境,限制了我们的模拟和预测能力。因此,适用于极地特殊环境的传感器的研发、关键气候区的科学试验的开展和基础的气象站网建设,能加深我们对冰/雪-气相互作用过程的理解,进而改进已有的参数化方案,应用于多圈层模式的耦合。     

Impact of Grazing Exclusion on the Surface Heat Balance in North Tibet

The grazing exclusion program used by the Tibetan government to protect the ecological environment has changed the vegetation and impacted the surface heat balance in North Tibet. However, little information is available to describe the in?uences of the current grazing exclusion program on local surface heat balance. This study uses the records of fenced grassland patch locations to identify the impact of grazing exclusion on surface heat balance in North Tibet. The records of fenced grassland patch locations, including the longitude, latitude, and elevation of the vertices of each fenced patch (polygon shapes), were provided by the agriculture and animal husbandry bureaus of the counties where the patches were located. ArcGIS 10.2 was used to create polygon shapes based on patch location records. Based on satellite data and the surface heat balance system determined by the model, values for changes in land surface temperature (LST), albedo and evapotranspiration (ET) induced by grazing exclusion were obtained. All of these can influence surface heat balance and alter the fluctuation of LST in the northern Tibetan Plateau. The LST trends for day and night showed an asymmetric diurnal variation, with a larger magnitude of warming in the day than cooling at night. The maximum decrease in absorbed shortwave of LST (-0.5 - -0.4 ℃ per decade) occurred in the central region, while the minimum decrease (-0.2 - -0.1 ℃ per decade) occurred in the eastern region. The decreased latent heat lead to the LST increased maximum (>1 ℃ per decade) occurred in the central region, The eastern region increased at a rate of 0.2-0.5 ℃ per decade, while the minimum increase (0-0.1 ℃ per decade) occurred in the northwestern region.     

Spatial Patterns in Surface Energy Balance Components Derived from Remotely Sensed Data

A relatively simple modeling approach for estimating spatially distributed surface energy fluxes was applied to two small watersheds, one in a semi‐arid climate region and one in a sub‐humid region. This approach utilized a combination of ground‐based meteorological data and remotely sensed data to estimate ‘instantaneous’ surface energy fluxes at the time of the satellite or aircraft overpasses. The spatial resolution in the watershed grid cells, which was on the order of 100‐400 km, was selected to be compatible with ground measurements used for validation. The model estimates of surface energy fluxes compared well with ground‐based measurements of surface flux (typically within approximately 40 Wm^?2). The model accuracy may be slightly less for bare soil surfaces due to an overestimation of the soil heat flux. In addition to demonstrating the feasibility of computing spatially distributed values of surface energy fluxes, these maps were used to qualitatively infer the dominant factors controlling the energy fluxes for the time period shortly following precipitation events in the basins. For the semi‐arid watershed, values of sensible heat flux varied considerably over the watershed and displayed a pattern very similar to that of the spatially variable cumulative precipitation for at least one to eight days prior to the image acquisition. Due to the large fraction of exposed bare soil in a semi‐arid ecosystem, even very small precipitation events had a strong influence on the pattern of sensible heat fluxes observed shortly after the event (less than 24 hours). For the sub‐humid watershed, the fluxes tended to be more uniform across the watershed, and were influenced by a combination of precipitation total and land cover type.     

黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析

利用黄土高原半干旱区“定西陆面过程综合观测试验站”2004年11月至2005年10月的各种陆面物理量综合资料,比较系统地研究了黄土高原半干旱区土壤温度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和能量平衡分量的年变化和日变化特征及其影响机制。结果显示,黄土高原陆面过程特征与其他地区有很大不同。土壤温度变化向下传播速度约为2.5~3.5 h/10cm;地表反照率随土壤湿度的增大而减小,两者的相关系数达到了0.5338;而地表反照率随降雪量增大而增大,与降雪量的相关系数为0.6645;长波辐射年最大值出现的时间比总辐射迟1个月左右,年平均日变化中地表和大气对太阳辐射加热大约需要1个小时的响应时间; 潜热通量夏季是冬季的5倍多,感热通量有了两个比较明显的峰值,潜热通量、感热通量和土壤热通量的日峰值比净辐射滞后30 min~1 h。     

青藏高原西部的地面热源强度及地面热量平衡

以1997年11月至1998年10月青藏高原西部改则和狮泉河地区自动气象站(AWS)连续观测的近地层梯度资料,采用廓线-通量法计算出观测期逐日的总体输送系数,进而用总体公式得出两站逐日的地面感热和潜热通量。结果表明:在此观测期内青藏高原西部不论冬夏地面皆为热源,地面热源强度具有明显的季节变化,两站地面热源强度的年平均值分别为82.5W/m²和68.2W/m²。结合辐射和土壤热通量观测资料揭示了两站的地面热量平衡状况,用地面热量平衡方程对以上结果进行了闭合误差检验。