珠峰绒布河谷近地面层气象要素及湍流通量变化

利用2006年5～6月和2007年5～6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布寺河谷野外观测期间获得的观测资料，分析了珠峰地区河谷近地层风向、风速、温度、湿度和CO2的日变化特征，讨论了珠峰北坡冰川风和山谷风的特点以及高原地表辐射、地表反照率和近地层湍流通量的变化特征。结果表明：在复杂地形和特殊下垫面影响下，珠峰绒布河谷地区近地面层各个气象要素和湍流通量日变化特征显著，并且明显存在冰川风和山谷风复合的局地环流，冰川风对该地区地气间物质能量交换起着重要作用。

大气边界层物理研究进展

本文总结了近4年来(2009～2012)中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室在大气边界层物理理论、观测实验、数值模拟和超声风速温度仪等仪器研制领域的主要研究进展,并对未来几年内大气边界层物理的发展方向提出了一些建议。

青藏高原珠峰绒布河谷地区近地层湍流输送特征

利用2006年6月和2007年6月中国科学院HEST大气科学实验在珠峰绒布河谷地区获取的近地层湍流观测资料,分析了近地层湍流谱特征和方差统计特征,讨论了上下2层(2 m和8 m)基本气象要素和湍流通量的日变化特征。结果表明,珠峰地区湍流能谱基本上符合Monin-Obukov相似性理论在惯性副区的变化规律;由于山谷复杂地形和下垫面的影响,湍流方差统计值均小于高原其它地方;珠峰地区近地层感热通量白天下层大于上层,夜间相反;潜热通量一天内基本上上层大于下层。

高山草甸下垫面夏季近地层能量输送及微气象特征

利用青藏高原东坡理塘站2007年6～8月的观测资料,分析了高原东坡草甸下垫面夏季近地层气象要素和湍流通量日变化特征,并用涡动相关法估算地面的曳力系数。结果表明：水平风速、动量通量、摩擦速度等均在下午最大,早晨最小。二氧化碳浓度表现为早晚高、中午低的日变化特征,比湿的最大值出现在早晨。地表辐射、热量平衡各分量最高值出现在中午,最低值出现在早晨。地表反照率表现出早晚高中午低的“U”型分布,日平均值为0.164。夏季地面热源强度在白天午后表现为强的热源,在夜里表现为弱的冷、热源交替出现。夏季近地层地气热量交换中,感热输送作用小,潜热输送占主要地位。

昆明城市热岛效应变化特征研究

利用昆明周边多个自动气象站观测的2004-2012年温度序列,研究了昆明城市热岛效应的日、季节和年际变化特征,并分析了昆明城市热岛水平分布和变化趋势。昆明城市热岛强度具有明显的日变化,夜间较强,白天较弱。城市热岛强度一般在早上08：00（北京时间,下同）达到最大值,在午后14：00减弱或消失。城市热岛强度在冬季最强,春、秋季次之,夏季最弱。昆明城市热岛强度多年平均值为1.27°C,在2004-2009年期间表现为逐年递减的趋势,其年际变化的主要影响因子是云量。2004-2007年昆明城市热岛中心主要分布在主城区。2008年以后,由于中小城镇经济和人口的迅速发展,昆明城市热岛面积不断扩大,并出现热岛中心向呈贡、石林一带偏移的现象。

城市近地层湍流通量及CO_2通量变化特征

利用北京325m气象塔47m高度上2006年全年连续观测获得的湍流资料,分析了北京城市近地层动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的典型日变化、月平均日变化和季节变化特征。分析结果显示:动量通量具有明显的单波峰日变化特征,在15时(北京时间)左右达到最大,季节变化中春季最大,冬季次之,夏、秋季最小;感热通量和潜热通量全年变化范围分别为-92～389W.m-2和-75～376W.m-2,其日变化也表现为单波峰特征。感热通量的日变化受城市下垫面和人为热源影响,入夜后虽然降为负值,但只略小于0。阴雨天感热通量和潜热通量均很小,降雨前后有明显区别。感热和潜热最大值分别在春季3月和夏季6月,最小值都在冬季1月;城市下垫面CO2通量总表现为正值,即净排放,最大值为3.88mg.m-2.s-1,不稳定情况下最小值小于-2mg.m-2.s-1。受到人类活动的影响,CO2通量的日变化特征在工作日与周末有明显区别;由于冬季采暖,CO2通量明显大于夏季;在夜间,CO2通量受进城车辆的影响也出现高值。

密特朗对外政策初析

密特朗总统就任五年以来,在对外政策中适应动荡多变的国际形势,力图维系东西方军事均势,恢复东西方和欧洲的缓和局面,促进西欧联合以及发展南北合作,以维护法国的独立进而谋求法国的大国地位。这一政策已取得了一些显著成果,但又有其局限性。

半干旱区不同下垫面地表粗糙度和湍流通量整体输送系数变化特征

利用半干旱区通榆站2003～2008年期间获取的近地层梯度和涡动相关观测资料,采用涡动相关法计算了通榆地区退化草地和农田下垫面的地表空气动力学粗糙度z0m,热力学粗糙度z0h,动量拖曳系数Cd和热量输送系数Ch等地气交换过程基本参数,分析了其日、季节和年际变化特征.研究结果表明退化草地和农田空气动力学粗糙度具有明显的季节和年际变化特征,热传输附加阻尼亦不是常数,并有明显的日变化和季节变化;整体输送系数同样也具有明显的季节和年际变化.在生长季,退化草地和农田下垫面多年平均的动量拖曳系数分别为3.1×10-3和4.7×10-3,热量输送系数分别为2.5×10-3和3.1×10-3;在非生长季,退化草地和农田下垫面多年平均的动量拖曳系数分别为2.3×10-3和2.9×10-3,热量输送系数分别为2.0×10-3和2.2×10-3.

洱海湖气界面水汽和二氧化碳通量交换特征

基于2012年涡动相关法取得的洱海湖气之间湍流通量资料,计算了湖面反照率、空气动力学粗糙度和整体输送系数等湖气交换过程的基本物理参数;分析高原湖泊表面动量通量、感热通量、潜热通量和二氧化碳通量的变化特征及其主要的控制因子;采用神经网络法对缺失蒸发量数据进行填补,估算了洱海湖面全年蒸发量.2012年全年蒸发量为(1165±15)mm,大于年实际降水量(2012年的年降水量为818 mm).洱海局地环流在全年范围内较显著;全年主导风向为东南(谷风/湖风)和西北风(山风/陆风).高原湖泊感热通量通常只有每平方米几十瓦,通常午后感热通量为负值;即湖面向大气输送热量.夏季湖泊大气界面感热通量最大值出现在清晨,与湖气温差的出现时间一致;在白天湖面的有效能量主要分配为潜热通量;湖气温差和水汽压差分别是感热通量和潜热通量日变化的主要控制因子.湖气界面二氧化碳通量除夏季存在弱的吸收外,其余季节(冬季)表现为弱的排放.湖面反照率的季节变化规律与太阳高度角的季节变动有关,同时湖面反照率与水的浑浊度等有关.与实际观测得到的湖面反照率相比,CLM4湖泊模式在冬季低估(夏季高估)了湖面反照率.

半干旱区草原生态系统的碳交换特征

利用2007～2008年内蒙古锡林浩特羊草草原(1979年开始围封,简称UG79站)、甘肃黄土高原草原(SACOL站)以及吉林半干旱通榆退化草原(TY站)三个站的涡动相关法取得的观测资料,分析了半干旱区不同地点草原生态系统的碳交换特征及其主要环境影响因子.2007年UG79站和TY站降水均偏少(与气候平均年降水量相比);特别是TY站,2007年降水不足多年平均降水量一半;SACOL站2007年降水基本正常,2008年降水偏少.净碳吸收速率月平均日变化表明,TY站平均净碳吸收速率较高,其次为UG79站,SACOL站平均净碳吸收速率较低;但SACOL站净碳吸收过程持续时间较长.UG79站两年间净碳收过程相似,净碳吸收作用均在生长季(5～9月)6～8月份较明显,2008年8月最大净碳吸收速率接近0.08mgCm-2s-1;SACOL站2007年净碳吸收速率高于2008年,2007年9月最大净碳吸收速率接近0.07mgCm-2s-1.TY站2007年净碳吸收作用持续时间较短,只在生长季7～8月份表现出明显的净碳吸收作用;2008年净碳吸收速率较高,最大净碳吸收速率接近0.12mgCm-2s-1.三个站点生态系统呼吸受土壤温度和土壤水分共同影响.SACOL站和UG79站2007～2008年生长季期间均表现为碳库作用.UG79站两年间生长季累积净碳交换总量分别为-68,-50gCm-2;SACOL站两年间累积净碳交换总量分别为-109,-55gCm-2.TY站2007,2008年累积净碳交换总量分别是0.32,-73gCm-2,分别表现为碳源和碳汇功能.生长季有效降水开始的时间、总降水量及其时间分布决定了半干旱区草原生态系统净碳吸收功能和净碳吸收作用持续的时间.

大理涡动相关观测数据的处理及质量评价研究

依据大理国家气候观象台涡动相关仪2011年实测数据,采用目前主要的湍流通量数据处理和质量评价方法,对原始湍流数据进行一系列的预处理以及定量分析各处理步骤对湍流通量计算结果的影响,同时以湍流平稳性和通量方差相似性检验为指标对数据进行质量评价分析,并应用解析足迹模型对湍流通量观测的空间代表性进行初步分析.结果表明:对大理站来说,湍流通量计算的平均时间选取30 min为宜.剔除野点、二次坐标轴旋转、超声虚温修正、时间滞后校正、频率响应修正以及WPL修正处理会对湍流通量计算结果带来不同程度的影响,尤其是二次坐标轴旋转对动量通量以及WPL修正对CO2通量的影响较为显著.湍流平稳性和通量方差相似性检验结果显示,涡动相关通量观测数据总体质量较好,动量通量、感热通量、潜热通量以及CO2通量中高质量数据所占比例分别为59.4%、64.2%、63.8%、63.2%.湍流通量源区分析表明,源区整体呈西北—东南向分布,位于测站东南方向的区域是湍流通量观测的主要贡献源区.

数据填补及能量闭合对半干旱区生态系统年净碳交换的影响

基于半干旱区2种不同下垫面(草地和旱作农田)2005和2008年涡动相关法取得的通量资料,分析了数据填补、能量收支闭合率以及摩擦风速(u*)阈值等对生态系统年净碳交换的影响.通过加入4种不同长度的人工空缺(空缺长度从0.5 h^12 d),比较了平均日变化法(MDV)、边缘分布抽样法(MDS)和非线性回归法等6种填补方法的填补效果.结果表明,MDS的整体表现最好,特别是对长空缺的填补效果优于其他方法,估算的年NEE偏差在5 g C m-2 a-1以内.非线性回归法估算的夜间NEE具有较大的正偏差,表明非线性回归法估算的夜间生态系统呼吸偏高.4种非线性回归法估算的年NEE偏差在8.0~30.8g C m-2 a-1.由于在半干旱区土壤含水量是生态系统碳交换的重要限制因子,非线性回归法中综合考虑土壤温度和土壤含水量影响的Non_linear3和Non_linear4表现较好.MDV对白天NEE空缺的填补优于夜间,估算的年NEE偏差在-2.6^-13.4 g C m-2 a-1.总体上,数据填补的精确度受下垫面类型、空缺长度以及空缺出现时间(白天、晚上)影响.2个观测站点的能量收支闭合率在80%左右.能量收支闭合率受湍流强度影响显著;当夜间摩擦风速较低时,湍流混合不充分,能量收支闭合率也较低.生态系统在某个风向的累积通量印痕较大时,有效能量和湍流通量源区的不匹配造成这一风向上的能量收支闭合率也较低.通过假设能量收支不闭合全部由感热通量和潜热通量的低估引起,评估了能量闭合订正对生态系统CO2通量的影响.结果表明经过订正后的草地、农田的年净碳交换量平均增加近10 g C m-2 a-1.此外当u*阈值从0.1增加到0.2 m s-1,年净碳交换平均增加37.5 g C m-2 a-1,这表明u*阈值的设定对生态系统的年净碳交换影响较大.

一个改进的简单雪盖-大气-土壤传输模式

本文基于Sun等1999年发展的一个简单雪盖-大气-土壤传输模式(SAST),改进了其雪盖的分层,提出了新的模式数值求解方法.改进后的新模型使用温度和雪层内的冰质量作为预报变量,在雪层处于冻结和融化状态时,有效地求解雪层温度分布和冻融过程,减少迭代次数,节省计算时间并提高其计算精度.新模型采用7层分层方法来代替旧SAST模型3层分层方法,在厚雪情况下3层分层方法过于简单.通过与5个前苏联站点观测数据的比较,新模式的模拟结果与大部分站点的观测值符合得较好.而当雪层较厚时,7层分层的模拟情况要好于3层分层.在Khabarovsk站,雪被强风吹走造成的差异以及土壤性质的差异,可能对模拟值与观测值的差别造成重要影响.在Tulun站,模拟结果的差异主要出现在雪盖厚度上,而对雪水当量的模拟情况与观测值实际吻合得很好.在对雪盖的生命期和积雪完全融化时间的模拟上面,从春季雪盖融化的趋势来看,新模式消融期和消融结束时间的模拟和实际观测符合得较好,并且7层分层结果要好于3层分层.在运算效率方面,新的3层模型比旧SAST模型运行时间要缩短20%.而由于7层分层方案有更多层来处理,它运行的速度与旧SAST相同,但更准确.考虑强风及改进雪面反照率参数化方案将是今后改进本雪盖模式的主要方向.