基于Ameriflux通量观测数据的Hi-GLASS潜热通量产品验证

潜热通量产品的验证与分析对于研究气候变化及能量循环具有重要意义。全球陆表高分辨率蒸散产品(high resolution global lAnd surface evapotranspiration product,Hi-GLASS ET)融合了5种传统蒸散算法,能够生产出较高精度的陆表潜热通量产品,但目前没有针对此产品的验证研究。利用Ameriflux通量观测站点的潜热通量观测值与相应的Hi-GLASS陆表潜热通量产品估算值进行对比,获取多组有效验证数据。验证结果显示,所选站点实际观测值与产品估算值的决定系数(R 2)为0.6,均方根误差(RMSE)为34.4 W/m^(2),平均偏差(Bias)为-13.4 W/m^(2),克林-古普塔效率(Kling-Gupta efficiency,KGE)为0.49,Hi-GLASS潜热通量产品具有较高的精度,算法的拟合结果较好;此外,空间分布也表明Hi-GLASS陆表潜热通量产品符合正常的自然规律。由于数据获取的局限性,仅采用了美国地区18个站点数据对产品进行验证,在其他地区仍需进一步验证。

潜热通量缺失数据插补方法比较研究

【目的】分析比较不同插补方法对生态系统潜热通量(F_(LE))缺失值的插补精度。【方法】利用涡度相关法于2019年对北京市松山国家级自然保护区典型天然落叶阔叶林生态系统F_(LE)与环境要素进行原位连续监测,通过3种插补方法(边缘分布抽样法、线性回归法、人工神经网络法)对F_(LE)缺失数据(0.5 h数据中随机剔除)进行插补,分析实测F_(LE)、插补F_(LE)与环境因子间的关系。【结果】3种插补结果均低估了实测F_(LE),其中人工神经网络插补值最接近实测值(决定系数R^(2=0.40)。实测F_(LE)与空气温度(T_(a))、饱和水汽压差(D_(VP)))间均呈指数关系。边缘分布抽样法插补F_(LE)与T_(a)、D_(VP)间的关系最接近实测F_(LE),然而3种插补方法都不同程度改变了F_(LE)对T_(a)和D_(VP)的敏感性。【结论】人工神经网络法的插补结果与实测值最接近,边缘分布抽样法的结果与环境因子间的关系最接近实测值与环境因子间的关系,因此未来研究应依据研究目的选取合适的插补方法。

1993-2022年罗斯海夏季感热和潜热通量的年际变化

大气下垫面感热和潜热通量是海-冰-气耦合系统中重要的环境变量。基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的第五代再分析资料(ERA5),本文研究了1993-2022年南大洋罗斯海夏季月份感热和潜热通量的年际变化。1月气候态分布显示,感热和潜热通量绝对值在空间上表现为陆架高海盆低。感热和潜热通量异常场的经验正交函数分析表明,前三模态累积方差贡献率超过75%,第一模态空间型主要强调区域一致变化,且第一模态时间系数存在约2.9年和4.4年的变化周期。陆架区感热和潜热通量的年际变化具有非常高的相关性。另一方面,感热通量与风速和海-气温差具有较高相关性,潜热通量与风速和海-气比湿差具有较高相关性,这些相关系数具有明显的空间分布。研究量化了南大洋罗斯海夏季感热和潜热通量年际变化,初步探讨了感热和潜热通量年际变化影响因素,可为南大洋罗斯海海-冰-气相互作用研究提供参考。

汶川M_S8.0地震前地表潜热通量异常

本文处理了汶川MS8.0大地震前后部分地表潜热通量(SLHF)数据,发现SLHF异常信息出现在地震前7天。SLHF异常时间上经历弱—强—弱变化过程,地震发生在强异常时段,异常两个高值点出现在活动断层较为发育的应力低值区,地震发生后,异常信息很快衰减。SLHF异常随时间有沿发震断裂带走向运移的规律。震前7天的综合SLHF异常主要分布在龙门山断裂带及周围地区,震中位于异常区的中心位置。

长白山阔叶红松林显热和潜热通量测算的对比研究

为了探寻近地面层湍流运动规律 ,定量分析森林下垫面物质与能量垂直输送 ,本文利用常规气象梯度和开路涡动相关观测系统的数据 ,应用涡动相关法和空气动力学法对长白山阔叶红松林的显热和潜热通量进行了测算 ,并对两种方法得到的结果进行了对比。结果表明 ,两种方法得到的显热和潜热通量结果相差不大 ,而且随时间变化的曲线形状也极其相似。而且 ,二者得到结果的线性相关性显著。

半干旱风沙草原区草地潜热通量的特征

半干旱风沙草原区是北方的主要生态系统类型，对调节局地和全球气候具有重要意义。蒸散作为热量和水量平衡的重要分量，是该生态系统水分损失的主要途径，在水分平衡中占有重要地位。本文利用开路涡度相关系统和常规气象梯度观测系统对科尔沁半干旱风沙草原2007年9月1日-26日的蒸散量和微气象条件进行了观测，根据观测得到数据分析了观测系统的能量乎衡闭合状况，探讨了潜热通量与气象因子之间的关系。结果表明，观测系统的能量平衡闭合度为82．7％，处于国内外同类观测闭合度范围的中上水平。30min的潜热通量与净辐射数据之间呈线性相关关系，潜热通量日变化特点是白天高于夜间，中午时刻最高，净辐射与潜热通量每日峰值同时出现，温度、饱和差的峰值比潜热通量峰值滞后2～3h，潜热通量峰值时刻的空气相对湿度处于一日内最低，此季潜热通量平均日总量为5．44MJ·m^-2，相当于2．21mm蒸散量，潜热日总量与净辐射日总量呈指数关系。

季节性干旱对中亚热带人工林显热和潜热通量日变化的影响

植被与大气间的显热和潜热通量的日变化是大气过程和植被生理过程的显著标志。本研究利用ChinaFLUX千烟洲站典型的夏季雨热不同季的季节性干旱的试验条件,探讨了2003年季节性干旱对该生态系统显热和潜热通量日变化变异幅度和峰值时间的影响。研究表明:显热通量的日变化变异幅度年平均值为176 W/m2。潜热通量的日变化变异幅度年平均值为171W/m2。显热通量到达日变化峰值的时间平均为11∶57。全年潜热通量的日变化都在午后达到峰值,平均值为12:33。季节性干旱造成显热通量的日变异幅度明显增大,从144W/m2增加到321 W/m2。而潜热通量的日变异幅度明显降低,从324 W/m2减小到198 W/m2。,显热和潜热通量日变异幅度的相对变化明显增大,从-165 W/m2增加到76 W/m2,气温和饱和水汽压差是影响显热和显热日变异幅度及其相对变化的主要控制因素。干旱胁迫期,深层水对显热通量日变化变异幅度及其与潜热通量日变化变异幅度的相对变化的作用更显著,而潜热通量日变化变异幅度与气象要素关系不显著。季节性干旱造成显热通量日变化的峰值时间和显热和潜热通量日变化峰值时间的相对变化明显向下午偏移,显热通量日变化的峰值从11:31到12:17,相对变化从1小时到1小时20分钟。季节性干旱对潜热通量日变化峰值时间没有显著的影响。非干旱胁迫期,显热通量日变化峰值时间和显热及潜热通量日变化峰值时间的相对变化均与气温负相关,而干旱胁迫期,则与气温正相关。潜热通量日变化峰值时间与气象要素关系均不显著。该生态系统显热和潜热通量日变化峰值的相对变化主要受降水量的季节分配控制,在干旱胁迫期降水的作用更加明显。潜热和显热通量日变化峰值时间的相对变化总体上都受植被与大气间的耦合程度控制。

南海海气界面潜热通量的分布特征及其对西南季风爆发影响的初步分析

利用1982年1月至2001年12月逐日的Re_NCEP南海海表面潜热通量资料，分析了南海夏季西南季风爆发早年和晚年潜热通量在南海的时空分布特征；并通过相关对比诊断分析了潜热通量对西南季风爆发及强度的影响，初步给出了其动力学机理。结果表明，季风爆发早、晚年的前一年冬季至初春（12～3月），南海南部（5°～13°N，100°～120°E）和北部（13°～22°N，105°～120°E）的潜热通量距平符号相反，呈现反位相，季风爆发早（晚）年，前一年冬季至次年初春，南海北部的潜热通量为正（负）距平，南海南部则为负（正）距平；在季风爆发的早年和晚年，南海潜热通量表现出明显的差异，春、夏、秋季南海潜热通量正距平持续时间短（长），季风强度偏弱（强）。南海北部的潜热通量和南海北部季风强度隔季正相关。当潜热通量为正（负）距平时，同期和滞后1～3个月的海温均为负（正）异常，加大（减小）了春季南海和周围陆地陆暖海冷的海陆温差，有利于西南季风在南海北部的早（晚）爆发，西南风异常偏强（弱）。

基于双温度差分双源模型的遥感方法反演四川汶川地区的潜热通量

研究表明,在很多地震前都出现了潜热通量异常。文中基于Modis遥感数据,结合研究区(四川省汶川地区)的高光谱数据及地面观测的气象数据,利用一种简化的双层模型(双温度差分双源模型)反演显热通量,并通过地表能量平衡方程计算研究区的潜热通量。还探讨了该模型的特点,并对龙门山断裂带通过地区进行了潜热通量的遥感反演,发现在2008年5月12日汶川MS8.0地震前48h内,研究区内的震中地区、龙门山断裂周边地区潜热通量值出现了明显的高值,5月12日中午12时7分沿龙门山断裂带潜热通量值达到300～400W/m2,可能是汶川8.0级地震前的异常反应。

应用BIOME-BGC模型研究典型生态系统的潜热通量——半干旱地区吉林通榆的模拟

年降雨量和年蒸发量在某种程度上反映了区域内水资源的丰富程度。随着社会和经济的发展，我国东北西部半干旱区的水资源供需矛盾日益突出。作者应用BIOME-BGC模型模拟了国际协调强化观测计划（CEOP）亚洲季风比较研究（CAMP）的一个地面观测基准站半干旱地区吉林通榆2002年10月-2003年9月草地和农田生态系统的潜热通量，并将模拟结果与通榆“干旱化和有序人类活动”长期观测站涡度相关法测定的观测值进行了比较，结果表明两者基本一致。此外，CEOP的观测数据对模型的验证和改进具有重要意义，半干旱区水资源的合理利用须引起当地政府和群众的重视。

2010年智利M_S8.8级地震前可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系

本文研究了2010年2月27日智利8.8级地震前后地球表面潜热通量的时空演化过程,并分析了可能的潜热通量异常及其与地表温度变化的关系.结果表明:(1)此次地震及其强余震前出现了三次明显的潜热通量异常,第一次潜热通量异常出现于主震1个月前,主要分布在震中及其东南陆区,第二次潜热通量异常出现在主震前7天,异常区分布在震中西南的海域,呈北西向分布,指向俯冲带,第三次潜热通量异常出现在强余震前,异常区分布在震中西南的海域及北段俯冲带上;(2)相似于2004年印度尼西亚地震海啸前潜热通量的异常演化特征,潜热通量异常从弧后向俯冲带迁移,此次地震前的潜热通量异常首先出现在弧后火山活动强烈地区,然后迁移到海域俯冲带附近,可能反映了临震前的构造变形过程;(3)当陆区出现潜热通量异常时,同时也可见地表温度异常,但在海域出现潜热通量异常时,却未发现有地表温度异常,这可能是由于海域水的热容量较大,不易出现红外温度异常所致.

中国沿海和内陆强震前地表潜热通量异常特征

地表潜热通量(SLHF)是反映地表蒸发能量大小的大气参数。国外学者分析近年若干沿海地区的强震时发现,沿海强震震中附近在震前出现了潜热通量异常,而远离海域的内陆地震并未出现潜热通量异常。本文以近10年发生在中国的1次沿海强震和3次内陆强震为例,进行了震前SLHF异常的时空特征分析,发现震前3～10d,震中附近均出现了SLHF异常。该异常主要分布在震中及其周围地区,且与区域内的主要活动构造带走向一致。因此,SLHF异常可以成为一种有价值的大地构造活动性遥感监测指标,并为中国沿海和内陆地区强震提供有用的临震前兆信息。

东中国海夏季潜热通量的时空特征及其与中国东部降水的联系

利用1985—2006年OAflux、NCEP/NCAR再分析资料和中国大陆东部的120个测站降水资料,应用EOF分解和线性回归等方法分析了东中国海夏季海气热通量时空特征及其与中国东部夏季降水的关系。结果表明,东中国海夏季潜热通量EOF1模态空间场的强信号区为黄海、东海至台湾海峡和南海北部局部海域,时间系数(PC1)表现出显著的年际变化和1997年前后的突变。降水和经向环流的PC1回归分析还表明,夏季潜热通量的异常变化与中国东部降水和经向环流的变化密切相关,潜热通量正异常对应黄淮地区和华南地区的上升气流正异常,降水偏多,而东北与华北地区为下沉气流正异常,降水偏少。1997年前后东中国海潜热通量发生突变之后呈明显的上升增强趋势,使得上述现象更为显著,即:对应东中国海夏季潜热通量的正异常,黄淮地区和华南地区为上升气流正异常,降水偏多;东北地区和华北地区为下沉气流正异常,降水偏少。这表明夏季东中国海及邻近海域潜热通量的异常变化是导致中国东部汛期降水年际和年代际异常的重要原因之一。

潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动影响的机理研究

使用1958—2001年的中国气象局台风年鉴资料和欧洲中心再分析资料,初步揭示了潜热通量异常对西北太平洋(含南海)热带气旋活动的可能影响机理。统计分析发现,西北太平洋(含南海)热带气旋年频数与北太平洋副热带(简称关键区)的潜热通量在过去40余年中均表现为显著的减弱趋势。诊断分析表明,关键区的潜热通量通过低层信风向西的水汽输送—整个西北太平洋热带气旋活动区水汽低层辐合上升而凝结—潜热释放这一链条改变西北太平洋(含南海)大气环境场条件(包括中层湿度场、高低层涡度场和高低层散度场),进而调制热带气旋活动。使用SAMIL模式进行关键区内潜热通量加倍和减半的敏感性试验,进一步证实了关键区潜热通量异常对西北太平洋热带气旋活动调制作用的可能机理,而对南海热带气旋活动影响较小。由此可推断,在过去40余年中,北太平洋副热带中部区潜热通量的减弱趋势可能是造成西北太平洋(含南海)热带气旋频数下降的主要原因之一。

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。

苏南地区典型作物冠层阻力参数及潜热通量的模拟

准确测算和模拟农田潜热通量对农业生产有着重要意义。该研究基于波文比能量观测系统对苏南地区夏玉米和冬小麦生育期内潜热通量进行连续观测,采用Katerji-Perrier(KP)和Todorovic(TD)两种方法来确定Penman-Monteith(P-M)模型中冠层阻力参数,探究两种冠层阻力参数子模型的估算误差及成因。结果表明:冬小麦生育期内主要气象因子呈现相似变化趋势,净辐射日均值呈现出波动上升趋势。两种冠层阻力参数子模型对冬小麦潜热通量模拟均取得良好的模拟效果,模拟R2不小于0.84,纳什系数不小于0.86,但KP模型精度稍高于TD模型。KP模型对冬小麦和夏玉米潜热通量均有高估,而TD模型高估了夏玉米潜热通量,饱和水汽压差是影响KP和TD两种冠层阻力参数子模型误差的主要因素,且饱和水汽压差越大绝对误差越大。研究为当地农业用水管理提供科学依据。

印度洋潜热通量对南海夏季风爆发的影响

利用OAFlux热通量资料和ERA-Interim高度场资料,分析了热带印度洋区域潜热通量的变化与南海夏季风爆发之间的关系,初步探讨了热带印度洋潜热通量变化对南海夏季风爆发早晚的影响过程。结果表明,2月热带印度洋区域的潜热通量与南海夏季风爆发之间存在密切的联系,当2月热带印度洋区域潜热通量较常年偏多(少)时,当年南海夏季风爆发偏晚(早)。当2月热带印度洋的潜热通量异常偏多(少)时,海洋向大气释放更多(少)的潜热,潜热通量通过对流凝结作用对大气加热形成大气热源,再通过大气环流逐渐影响2—4月的高度场,使得南海上空的850 hPa高度场出现异常偏高(低),即副热带高压偏强(弱)。异常强(弱)的副热带高压结合孟加拉湾弱(强)的异常西南风,造成南海夏季风爆发偏晚(早)。因此可以认为热带印度洋2月的潜热通量变化是影响南海夏季风爆发的重要因素。

陆气双向耦合模式中全球感热和潜热通量的时空特征模拟

利用中国科学院大气物理研究所(IAP/CAS)含有动态植被过程的海-陆-气耦合模式AVIM-GOALS的积分结果,与ERA-40再分析资料的感热和潜热通量场进行对比分析,结果表明:AVIM-GOALS模拟的感热和潜热通量的气候态、季节变化等特征和ERA-40一致,其中感热通量的纬向分布为双峰型,而潜热通量从1～7月是一个从单峰型到双峰型的转变过程。空间分布特征说明,1月的通量高值区主要分布在南半球和北半球的低纬地区,7月北半球的中高纬度感热和潜热通量有很大的增加,而7月南半球的地表通量仍保持较大数值的分布,变化相对较小,达到0.01的显著性水平。感热和潜热通量标准差分布均表现为低纬地区小、高纬地区大的特征,模拟效果与ERA-40资料较为一致。北半球的年变化相关系数(感热通量和潜热通量的相关系数分别为0.97和0.89)大于南半球。进一步分析感热、潜热通量模拟结果和再分析资料的年变化相关系数空间分布特征表明,相关系数较大的区域主要分布在南、北半球的高纬地区,其中30°N以北的大部分地区,澳大利亚南部和南美洲南部以及南极洲地区都通过了0.01的显著性检验,这也说明耦合模式在这几个地区有较强的感热、潜热通量模拟能力。另外,对耦合模式输出的感热、潜热通量和全球平均的感热、潜热通量相关系数分析表明,北半球的相关系数大部分地区在0.6以上,这和再分析资料的结果比较一致,且20°N以北的大部分地区及20°S附近的非洲地区通过0.05的显著性检验,这说明上述地区在全球平均的尺度上地表通量年变化较为显著。

近50年东中国海潜热通量的变化

利用1958—2006年OAFlux热通量资料,分析了东中国海海域潜热通量的长期变化特征,并探讨了与局地和太平洋海域影响因素的关系。结果表明:近50 a东中国海潜热通量显著增加,沿黑潮主轴增幅最大。通过分析阿留申低压区(30°N～60°N,160°E～140°W)风场的变化,发现其风应力旋度与东中国海潜热通量变化的主要影响因素海气比湿差存在显著的正相关,表明可能是北太平洋风应力旋度的变化而不是东中国海域风场的变化导致了潜热的长期增加。超前和滞后相关分析表明,东中国潜热通量的变化比北太平洋风应力旋度的变化存在4 a左右的延迟,可能是副热带环流对风场变化调整所需的时间。

热带太平洋潜热通量变化及其与我国夏季降水的关系

采用1948—2010年NCEP/NCAR再分析潜热通量资料,利用经验正交分解(EOF)方法,分析了夏季热带太平洋潜热通量变化的时空特征,并探讨了中国东部夏季降水异常与潜热通量变化时空格局的关系。结果显示,热带东太平洋潜热通量变化存在明显的线性减小趋势;潜热通量还具有在年际时间尺度上的变化特征。热带太平洋潜热通量第一模态时间系数与中国夏季降水相关系数表现为"南正北负"型分布,表明热带太平洋地区的潜热通量减少可能是造成我国夏季降水在20世纪70年代以后长江中下游及华南地区夏季降水明显偏多,东北、华北地区夏季降水明显偏少的影响因素之一。进一步分析表明,热带东太平洋潜热通量异常偏少时,造成东亚地区500hPa位势高度场异常偏高,形成向南的水汽输送异常,并可能通过东亚副热带西风急流年际变化影响中国夏季降水分布。