绿洲与荒漠相互影响下大气边界层特征的模拟

用发展的二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模式模拟了绿洲与荒漠相互影响下的大气边界层特征。得到了绿洲和临近荒漠之间的边界层高度、风螺线、风速廓线、位温廓线和比湿廓线的差别,并给出了绿洲对其上游和下游荒漠大气的不同影响。基本再现了白天绿洲大气逆温和临近绿洲的荒漠大气逆湿。模拟实验研究不仅验证了外场观测结果,而且也使我们对复杂下垫面边界层结构有了一些新的认识。     

高温干旱期间土壤-植被-大气系统水分特征

根据农田实际观测资料,利用改进的彭曼公式和设计的高温强度指数等。分析了江西省2003年特大高温干旱期间土壤水分特征、农田蒸发散量、高温强度指数与土壤水分的响应关系。结果表明,2003年6-9月特大高温干旱期间,江西省土壤-植被-大气系统的水分变化特征与高温干旱的空间分布、强度有较好的一致性．但土壤水分的最低值与高温强度的峰值有10d左右的滞后效应。     

土壤-植被-大气系统水分能量传输模拟和验证

本文建立了包括地下水的土壤-植被-大气系统水分能量传输综合模型,并对模型中冠层动量湍流交换反梯度传输现象的描述进行了改进。在此基础上,依据冠层内动量和热量的交换以及辐射传输过程,同时求解地表、冠层能量平衡方程,进而模拟饱和-非饱和土壤的水热传输。用浅地下水地区冬小麦田间试验资料对模型进行验证,结果表明,系统能量平衡各分量和土壤含水量的模拟与观测结果相当一致。模型敏感性分析发现,叶面积指数对总蒸散量的影响随叶面积指数的增加而逐渐减弱;叶片最小气孔阻力对总蒸散量的影响,在该阻力较小时更显着;地下水位对蒸散量的影响在它小于1.5m时不显着,而在1.5～1.75m之间时,蒸散减小较快,主要由于土壤蒸发减小显着,冠层蒸腾稍有增加。     

土壤-作物-大气连续体水分循环与作物生产关系的模拟模式研究

从土壤-作物-大气连续体（SPAC）的水分循环出发,以冬小麦为例,通过对土壤水分动态和有关作物生长过程的模拟,建立作物水分消耗与干物质积累和产量形成关系的动力-统计模式。经3年试验资料的验证,总干重、籽粒产量和根层土壤水分含量的平均模拟误差分别为6.39%,5.60%和5.45%。发育期、叶面积动态和干物质积累动态的模拟与实测情况吻合得也较好。     

初夏敦煌荒漠戈壁大气边界结构特征的一次观测研究

利用"西北干旱区陆气相互作用野外观测实验"加强期在甘肃省敦煌市气象站进行的风、温、湿探空观测资料,分析了西北典型干旱区大气边界层的结构特征和变化规律。结果表明,大气边界层厚度总体而言明显偏高,对流边界最高层厚度可超过4000m,稳定边界层也在1000m左右的高度;2750m附近为风向转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,这个风向转变高度有一定日变化,在观测的9天内每天的日变化规律保持了很好的一致性;边界层风速切变较大,大多数时候有低空东风急流出现,急流最强可达到近20m·s-1,急流高度在500m左右;边界层内比湿廓线有时在大约500m高处出现逆湿,一般以夜间更为显著。     

塔中春季阴天近地层风速、温度和湿度廓线特征分析

利用塔中最新安装的80 m梯度观测塔探测系统采集的资料,详细分析了2006年4月2日1次阴天天气时塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速、温度和湿度廓线演变特征,并与典型晴天廓线做了对比,得到以下结果:(1)阴天,夜间风速廓线风速值随高度增高而增大,但不是以对数增长,而是以比对数关系更快的速度增长;白天,风速很小,近地层10 m上下廓线分布规律各异;(2)温度廓线有夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型及傍晚过渡型4种类型,与晴天类似;(3)比湿廓线存在一个极小值,其出现高度以上比湿随高度增加而增加,廓线呈逆湿特征,极小值出现高度以下比湿随高度减小而增加。     

青藏高原春季土壤湿度与夏季降水的关系

应用SVD方法对1981-2018年青藏高原春季土壤湿度和高原地区夏季降水进行诊断.结果表明:土壤湿度前两个模态累积协方差百分比达到了 61.15％,左右场展开序列的时间相关系数均为0.7 8,反映两场关系的主要特征.土壤湿度场表现出南北相的一致性,而降水场的一致性较差.第一模态说明青藏高原北部春季土壤湿度较大时,对应...     

The relationship between spring soil moisture and summer hot extremes over North China

The increase in the occurrence of hot extremes is known to have resulted in serious consequences for human society and ecosystems. However,our ability to seasonally predict hot extremes remains poor,largely due to our limited understanding of slowly evolving earth system components such as soil moisture,and their interactions with climate. In this study,we focus on North China,and investigate the relationship of the spring soil moisture condition to summer hot extremes using soil moisture data from the Global Land Data Assimilation System and observational temperature for the period 1981–2008. It is found that local soil moisture condition in spring is closely linked to summer hot days and heat waves over North China,accounting for 19%–34% of the total variances. Spring soil moisture anomalies can persist to the summer season,and subsequently alter latent and sensible heat fluxes,thus having significant effects on summer hot extremes. Our findings indicate that the spring soil moisture condition can be a useful predictor for summer hot days and heat waves over North China.     

青藏高原春末土壤湿度对初夏降水的影响

为了研究青藏高原(简称高原)春末(5月)土壤湿度与初夏(6月)降水的关系,利用1979-2019年ERA-Interim土壤湿度月平均资料和同时段高原109站观测降水资料,分析了高原春季土壤湿度与汛期(5-9月)降水之间的关系.结果 表明:春末表层(0～28 cm)土壤湿度与高原初夏降水呈显著的正相关,在空间上土壤湿度...     

中国西北干旱区戈壁下垫面夏季的热力输送

以敦煌戈壁站2004年6月和2008年8月的常规观测和超声观测为例,分析了西北干旱区戈壁下垫面夏季热力输送的一般过程及特征。首先评价了湍流通量的观测质量以及仪器观测的地表能量通量闭合问题,结果表明敦煌戈壁站的观测在白天总体较好。夏季地表能量通量的平均日变化显示,潜热通量整天都很小,可以忽略,白天到达地表的短波辐射以及地表向上的长波辐射非常强,地表净辐射主要转化为感热输送（敦煌戈壁站在中午时平均分别达380W·m-2以上和250W·m-2以上）;夜间土壤释放热量以平衡地表的辐射冷却,感热通量略低于0。白天时地表大气经常触发自由对流活动,影响动量通量的观测质量,并有效输送地表热力至上层大气中,有助于形成超厚大气边界层。分析了戈壁下垫面的动量粗糙度特征和热力粗糙度特征（敦煌戈壁站动量粗糙度约为0．6mm）,热力粗糙度基本小于动量粗糙度一个量级,这符合目前对干旱区戈壁下垫面热力输送特征的初步认识。     

天津城区大雾过程近地面层特征研究

地面倒槽、华北地形槽和地面弱高压是天津冬季雾日多见的地面气压系统。为了解雾事件在上述三种天气系统下近地面层气象要素的演变规律,利用天津市250m气象铁塔梯度观测和常规气象观测资料,分别选取2002、2003和2004年相应气压场下的雾个例,比较分析了冬季雾天近地面层结构及低层水汽分布特征。结果表明:(1)三种天气系统条件下,均存在近地层逆位温层结和增湿现象,近地面40m以下高度为弱风。(2)地面倒槽形势下的平流雾过程中,逆温层结稳定且厚达千米,近地层呈多层逆温或弱逆位温层结;80m以上,雾前风力较强,雾中风力较弱;低空各层水汽显著上升时间提前于起雾时间约15h,且日夜增速持续均匀,雾中呈现出逆湿特征,雾顶超过250m。(3)华北地形槽和地面弱高压下的辐射雾过程中,日落后近地面浅薄逆温层结生成并于05时(北京时间,下同)左右达最强,日出后减弱,于11时左右消散;仅夜间近地层水汽显著增加,且塔层250m逆温强度达到3.0℃时才开始出现,距起雾时间约2～9h;雾形成后,逆温层底抬升,雾体中逐渐演变呈不稳定层结;雾中呈现下湿上干特征,雾厚分别为80m和60m左右。(4)华北地形槽和地面弱高压下的风廓线演变规律有显著差异,即前者80m以上6m.s-1左右南风和北风呈规律性日变化转换特征,而后者250m低层大气恒为弱风控制。     

东亚中纬度夏季陆面增暖与土壤湿度异常的联系

利用1979—2015年ERA-Interim再分析土壤湿度、云量资料,NCEP/NCAR再分析环流资料和CPC土壤湿度资料,分析了东亚中纬度夏季陆面热力异常的时空分布特征及其与前期春季土壤湿度异常的联系,探讨了前期春季土壤湿度影响东亚中纬度夏季陆面增暖的可能途径。结果表明,东亚中纬度夏季土壤表层温度呈全区一致增暖趋势,其中贝加尔湖及以南地区温度变化最剧烈、增暖最迅速,且1990年代中期前后存在一个明显由冷向暖的年代际转变。进一步分析发现,春、夏季西西伯利亚到贝加尔湖北部地区的土壤湿度与夏季贝加尔湖及以南地区的土壤表层温度在年代际和年际尺度上均存在紧密联系:西西伯利亚到贝加尔湖北部地区土壤湿度异常偏高,通常对应贝加尔湖及南部地区夏季土壤表层温度偏高。西西伯利亚到贝加尔湖北部地区春、夏土壤湿度异常可以引起夏季大气环流异常,从而对东亚夏季中纬度陆面热力异常产生影响:春、夏土壤湿度偏高时,贝加尔湖及其南部地区上空位势高度为正异常,对应为反气旋性异常环流,云量减少,有利于东亚中纬度陆面增暖;反之,则对应为气旋性异常环流,不利于陆面增暖。     

土壤湿度对东亚夏季气候潜在可预报性影响的数值模拟

利用全球大气环流模式NCARCAM3进行了在给定的观测海温条件下的22a（1979—2000年）5—8月的2组集合试验。运用方差分析方法,分析了在气候态和年际变化的表层土壤湿度情况下,CAM3模式模拟的东亚夏季气候潜在可预报性及其差异。结果表明：在给定的观测海温条件下,采用气候态的土壤湿度时,CAM3模式模拟的东亚夏季气候的潜在可预报性偏低;而采用年际变化的土壤湿度时,模拟的夏季气候潜在可预报性有所提高,尤其是在中国西北地区;后者模拟的中国西北地区夏季降水和气温的潜在可预报性比前者的模拟结果提高0．1以上。其原因可能是：采用年际变化的土壤湿度时,模式可以更好地模拟出中国西北地区的地表蒸发量和湍流热通量的年际变化,进而使得模式对该地区夏季气候的预报技巧得到提高。     

Variability of soil moisture and its relationship with surface albedo and soil thermal parameters over the Loess Plateau

Data from July 2006 to June 2008 observed at SACOL(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,35.946°N,104.137°E,elev.1961 m),a semi-arid site in Northwest China,are used to study seasonal variability of soil moisture,along with surface albedo and other soil thermal parameters, such as heat capacity,thermal conductivity and thermal diffusivity,and their relationships to soil moisture content.The results indicate that surface albedo decreases with increases in soil moisture content,s...