塔克拉玛干沙漠腹地地表辐射收支特征研究

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站探测的辐射数据,分析了流动沙漠区近地层辐射收支特征以及云和沙尘对其的影响。总辐射在夏季某些特定的天气条件下接近太阳常数。不同天气条件下,辐射收支特征存在较大差异;总辐射受云和沙尘的影响最明显,变幅最大,夏季沙尘暴天气时比晴天减少了80%以上;反射辐射的日变化趋势在各个季节内、各种天气条件下与总辐射非常一致;大气长波辐射所受影响较小,且云和沙尘会使其略微增加;地面长波辐射的变化幅度最小,均在10%以下;净辐射在阴天时略微降低,沙尘天气时明显降低,为负值。观测期间的平均辐射特征与晴天比较接近,平均的总辐射、净辐射与晴天的比值白天基本在0.7左右,说明云和沙尘对塔中的辐射能量有较大的强迫作用。     

吉尔吉斯柯孜尔河上游河谷草场能量闭合分析

通过分析了2014 年8 月13~11 月12 号吉尔吉斯斯坦克孜尔苏山地生态观测站的湍流通量和有效能量的日、月变化特征,并且通过对能量平衡残差（D）以及能量平衡比率（EBR）两种主要方法,分析了该研究区域的能量闭合情况和月变化特征。结果表明：有效能量和湍流通量呈单峰模式的日变化特征,并且在观测期间随着月份的变化,有效能量和湍流通量的月平均值在显著减小;通过对研究区域的能量平衡分析,发现其能量不闭合的情况,并且有研究表明,土壤热通量计算不准确是主要的因素之一。通过对能量平衡残差（D）分析,得出这个观测期间基本上在8~16 点之间能量平衡残差大于零,大概在8 点和16 点的时候能量达到了平衡;用能量平衡比率（EBR）研究能量闭合情况得出,能量平衡比率8月份的0.75,9月份最小为0.7左右,10月份的为0.85。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地中心区域与边缘地带小气候

利用2013年8月至2014年7月塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地中心和边缘地带气温、相对湿度、气压、风速和风向资料,对比分析了绿地中心和边缘地带的小气候特征。结果表明：该区域局地小气候主要体现在风速和春、夏、秋季湿度上,而气温和冬季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。白天,绿地中心区域的气温与边缘地带相差较小,但夜间二者相差较大;1月、4月、7月、10月夜间因近地层80 m内存在明显逆温现象,边缘地带所处地势较高,气温比中心区域高0.1~8.3℃、0.3~4.1℃、0.4~4.2℃、0.5~8.4℃。绿地中心区域3-10月湿度明显高于边缘地带,塔中本站湿度比西沙梁高0.3~1.8 g·kg^-1、比东沙梁高0.7~3.5 g·kg^-1,体现了绿化带增加湿度的作用,但1月因近地层80 m内具有明显逆湿现象,绿地中心区域湿度比边缘地带小。绿地中心区域和边缘地带3-10月风速较大,12月至次年2月风速较小;绿地中心区域风速明显小于边缘地带,塔中本站日平均最大风速比边缘地带约高0.5~1.0 m·s^-1,体现了植被对风速的减弱作用。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地风沙土的土壤酶活性研究

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地,利用咸水(矿化度4~5 g·L^-1)灌溉建立人工绿地后,受植被和各种人为措施的影响,风沙土内部性质发生了一系列的变化,土壤酶活性也发生了变化。1998年对不同种植时间、不同植被类型的样地布点采样,采样深度0~10 cm和10~50 cm。分析测定了转化酶、蛋白酶、H₂O₂酶、脲酶、中性磷酸酶、碱性磷酸酶活性,结果表明:①分析测定的6种酶活性随着植被建立时间的增长而明显增强;②相同种植时间不同植被类型的样地土壤酶活性有差异,如:相同种植时间,蔬菜地土壤酶活性要高于其他样地;③表层土壤酶活性高于下层,表明土壤酶活性随剖面深度下降而减弱;④通过相关性分析表明,土壤酶活性与有机质、氮、磷、微生物数量相关性显著;⑤通过与其他沙区土壤酶活性的比较,塔克拉玛干沙漠腹地土壤酶活性要相应低于其他沙区的流动和固定沙丘。     

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。     

塔克拉玛干沙漠腹地总辐射变化特征及影响因子分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测站(塔中站)直接探测的总辐射资料,对流动沙漠区近地层总辐射的变化特征及影响因子进行了分析。结果表明:总辐射的连续日变化对天气现象有不同程度的反映,天气现象较少的1月逐日总辐射上下变动的离散度较小,4月最大;1月、4月、8月、10月总辐射的平均日变化曲线皆呈正态分布,与同纬度地区比较,其年变幅较小;总辐射瞬时最大值为1 182.6 W·m-2,未超过太阳常数。总辐射随总云量增多而降低,且其在碧空最大,高、中、低云时逐渐降低,阴天Ci、Ac、Sc和Cb的平均总辐射约比晴天时分别减少5%、27%、51%和59%;沙尘使总辐射降低较为显著,风沙季节总辐射日变化与地面风速日变化对应,且主要受控于湍流作用,最大值出现与热力湍流和地面风力有关。     

1997—2017年塔克拉玛干沙漠腹地降水特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站1997—2017年逐日和逐时降水资料,分析塔克拉玛干沙漠腹地降水日变化特征、极端强降水特征及其天气背景。结果表明：1997—2017年研究区降水量呈增加趋势、降水日数呈减少趋势,大雨雨量和雨日明显增加,降水呈增强演变。降水多见于6月,最大雨强为8.4 mm·h^-1。降水量日变化呈多峰特征,降水量最大值出现在23：00,06：00是降水频次最多时刻。降水强度和降水频次对降水量作用不同,午后至前半夜强度大,频次少;而后半夜至清晨频次多,强度小。降水以短历时降水为主,其中1～3 h的短历时降水对总降水量贡献率高达61.76%。日降水和小时降水的99百分位强度阈值分别为15.3 mm·d^-1和6.0 mm·h^-1,大于90百分位极端降水量占总降水量贡献率近半。极端强降水天气发生在南疆盆地受北纬40°以南低槽、切变槽或弱的气旋式风场控制地区,南疆盆地提前增湿,民丰850 hPa比湿接近或超过10 g·kg^-1的背景下,降水连续性较差,多中小尺度引发局地短时降水。     

沙漠腹地春夏季近地层大气湍流特征观测分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层10 m高度处快速响应探测系统的湍流资料,分析了摩擦速度和特征温度的变化,并且对不同稳定层结条件下无因次速度分量方差和无因次温度方差的普适函数进行详细拟合。研究表明,摩擦速度和特征温度有明显的日变化特征,且摩擦速度的最大值出现在z/L=-0.2处;无因次速度方差在不稳定和稳定层结条件下均符合相似理论的次幂律,但如果考虑到相关性,最佳幂指数可有不同;近中性时则接近常数,并给出了具体数值。无因次温度方差则在夏季不稳定层结条件时符合-1/3次幂律。     

地表通量研究进展

通过对国内外地表通量中的显热和潜热通量的研究进展从试验仪器、计算模型和遥感反演三个方面分别进行综述。目前广泛应用于地表通量研究的仪器有波文比、涡度相关仪和闪烁通量仪。计算模型主要有涡度相关法，波文比法、空气动力学法，能量平衡一空气动力学阻抗法(即遥感法)、Penman—Monteith模型、互补相关模型和SR模型等。遥感反演主要立足于地表热量平衡方程，通过反演方程中的净辐射、土壤热流量和显热通量，进而推算出潜热通量。在最后还对目前地表通量研究中的热点问题进行了分析。     

基于地表能量平衡的城市热环境遥感研究——以石家庄市为例

对石家庄市LandsatTM数据进行土地覆被分类,计算各土地覆被类型的能量平衡分量。找出感热、潜热、储热通量在下垫面的分配差异并分析下垫面面积比例与感热/净辐射的关系。发现密集不透水面感热单位面积能量达314.1 W/m2,49.9%的净辐射转换为感热。城市植被、水体净辐射的61.2%,65.9%变成潜热;感热/净辐射与城市植被和水体面积比例负相关,面积比例小于30%,感热/净辐射随之减少而快速增长;大于30%则随之增加缓慢降低。感热/净辐射与不透水面面积比显著正相关,可见,城市近地层温度升高主要由不透水面产生的感热交换引起。     

塔克拉玛干沙漠地表潜热时空特征分析

利用1979年3月至2004年2月月平均的NCEP/DOE再分析地表潜热资料,在分析塔克拉玛干沙漠四季潜热基本气候特征的基础上,通过EOF方法,对沙漠地表潜热异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明：①沙漠地区夏季潜热最大,春季和秋季次之,冬季最小;靠近山区的沙漠西部、西北部地区四季明显大于中、东部地区。②根据四季地表潜热距平场的EOF分析,该区潜热异常主要有全区一致型、南北差异型以及西北—东南差异型三种常见的分布模态。③25 a期间,塔克拉玛干沙漠地表潜热在第一空间尺度上四季都有不同程度增强的趋势;在第二空间尺度上,春季沙漠北部、西北部有减弱的趋势,南部、东南部有增强的趋势,而冬、夏、秋季变化趋势不是很大。     

塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量变化特征

利用2009-2011年塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站测得的土壤热通量数据,分析了塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量在不同天气条件下的变化特征。结果表明：（1）塔克拉玛干沙漠腹地1 cm处土壤热通量年平均值为1.9 W·m^-2,5、20、40 cm处分别为1.0、0.4、0.4 W·m^-2;1 cm处土壤热通量年最大值为334.1 W·m²,年最小值为-184.2 W·m^-2;土壤热通量基本表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。（2）各土层土壤热通量具有明显的日变化特征。随着土壤深度的加大,土壤热通量的日变化幅度明显减小,最大值出现的时间有一定的滞后性。土壤热通量5 cm出现最大值的时间比1 cm处延迟3 h,延迟速率为0.75 h·cm^-1,20 cm比5 cm出现最大值的时间晚2 h,延迟速率约为0.13 h·cm^-1。（3）不同天气情况下的土壤热通量日变化特征有一定的差异,晴天较为规则,阴天、雨天、沙尘天则较不规则,且1 cm处土壤热通量受天气影响最显著。晴天1 cm处土壤热通量平均值为9.0 W·m^-2;阴天、雨天、沙尘天1 cm处土壤热通量值平均值分别为5.1、-6.1、-1.9 W·m^-2。     

塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流能谱特征分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流观测资料,计算并分析了不同稳定层结条件的湍流速度谱、温度谱及局地各向同性特征。结果表明,湍流速度谱和温度谱在惯性副区均满足Kolmogorov的-2/3指数规律,且稳定条件的相关系数更高;速度谱满足湍流各向同性的低频限制理论。近中性条件的温度谱和弱不稳定条件的速度谱在高频段有尾部上翘现象;稳定情况下的v谱和近中性条件的u谱、T谱在低频处也有上翘现象。沙漠腹地水平湍流尺度范围介于森林和草地之间,不稳定层结比稳定层结的谱峰更偏向低频端,且峰值尺度更大。     

塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形近地层微气象特征

利用2018年10月8日至2019年1月31日塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形上高大沙垄高点和低点的温度、相对湿度、风速和大气压同步观测资料,对比分析沙漠起伏地形上秋冬季的微气象特征。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地高大沙垄造成的地形起伏,使得沙垄高点和沙垄低点气温、比湿和风速日变化差异明显。沙垄高点和沙垄低点气温差异主要体现在夜间,与沙漠腹地夜间存在逆温现象有关,表现出沙垄高点气温明显高于沙垄低点,观测期气温差异平均值为6.6 ℃。沙垄低点气温日较差高于沙垄高点。2018年10、11、12月,气温随高度变化出现逆温现象与沙垄高点气温高于沙垄低点气温在时间上相互对应。两个站点比湿较小,平均比湿分别为0.68 g·kg^-1和0.99 g·kg^-1。比湿日变化趋势随季节发生显著变化,主要与大气稳定度增加、冬季水汽增多及夜间逆湿现象逐渐显著相关。地形位置较高的沙垄高点风速比沙垄低点大,风速差异主要体现在夜间。2018年11月2、14、15、20日和2019年1月30日,沙垄高点风速维持在1.9~4.6 m·s^-1,平均3.2 m·s^-1,沙垄低点风速维持在0.8~4\^5 m·s^-1,平均2.5 m·s^-1。     

The variation characteristics and effect factors of surface ozone concentration in the Taklimakan Desert hinterland

Based on automatic continuous surface ozone concentration observation data from June 10, 2010 to March 20, 2012 in the Taklimakan Desert hinterland, combined with corresponding meteorological data, the temporal, seasonal and daily variation characteristics of surface ozone concentrations under different weather conditions were analyzed. At the same time, the main fac- tors affecting ozone variation are discussed. Results show that： （1） Daily variation of ozone concentration was characterized by one obvious peak, with gentle changes during the night and dramatic changes during the day. The lowest concentration was at 09：00 and the highest was at 18：00. Compared to urban areas, there was a slight time delay. （2） Ozone concentration variation had a weekend effect phenomenon. Weekly variation of ozone concentration decreased from Monday to Wednesday with the lowest in Wednesday, and increased after Thursday with the highest in Sunday. （3） The highest monthly average concentration was 89.6 I.tg/m3 in June 2010, and the lowest was 32.0 ~g/m3 in January 2012. Ozone concentration reduced month by month from June to December in 2010. （4） Ozone concentration in spring and summer was higher than in autumn and winter. The variation trend agreed with those in other large and medium-sized cities. （5） Under four different types of weather, daily ozone concentration var- ied most dramatically in sunny days, followed by slight variation in rain days, and varied gently in cloudy days. Ozone concentra- tion varied inconspicuously before a sandstorm appearance, and dropped rapidly at the onset of a sandstorm. （6） Daily variation of radiation was also characterized by a single peak, and the variation was significantly earlier than ozone concentration variation. Sun radiation intensity had a direct influence on the photochemical reaction speed, leading to variation of ozone concentration. （7） Daily average ozone concentration in dust weather was higher than in slight rain and clear days. The variation of near surface ozone concentration could also be affected by meteorological factors such as relative humidity, wind speed, wind direction and sunshine hours. Thus, numerous factors working together led to ozone pollution.     

塔克拉玛干沙漠腹地几种植物根系分形特征

在塔克拉玛干沙漠腹地采用全根挖掘法挖掘河西菊(Hexinia polydichowma(Ostenf.)H.L.Yang)、沙拐枣(Calligonuin roborovskii A.Los.)、罗布麻(Apocynum venetum L.)、阿克苏牛皮消(Cynanchum amplexicaule Hemsl)根系.运用分形理论对其分形特征进行研究,分析根系分支状况以及根系分形特征与拓扑特征之间的关系.研究发现:(1)在塔克拉玛干沙漠腹地,四种植物根系具有很好的分形特征,分形维数大小与拓扑参数连接总数、外部连接数之间具有较好的相关关系.(2)根丰度是描述根系在土层中扩展能力的有效指标,与根系长度、平均连接长度之间具有很好的指数关系分别可以用以下方程表示:y1=2.7 694e1.5496x,y2=0.0369e2.0 267x(其中y1、y2分别为总根长、平均连接长度,R2分别为:0.9 353、0.9 832),根丰度直接反映了根系空间占有能力与营养物质的吸收效率.通过对塔克拉玛干沙漠腹地四种植物根系分支状况与分形特征的研究表明.分形理论可以很好的反映根系空间占有能力与资源吸收效率,所以说分形理论是对根系几何、功能特征进行定量化研究的有效方法.