基于走航观测数据的ERA5南海北部夏季短波辐射收支评估

海表短波辐射收支是海–气界面能量交换的重要物理过程。本研究利用2019年南海北部夏季科考航次的走航观测数据,评估了ERA5再分析数据的海表短波辐射通量收支。结果表明,ERA5的向下短波辐射相比观测偏小,11时和15时(北京时间)的偏差最大,可达-100 W/m^(2)。与此同时,ERA5的海表反照率整体偏低,其中高太阳高度角时段偏差较小,约为-0.03,低太阳高度角时段偏差较大,约为-0.15。向下短波辐射和反照率的偏差共同造成ERA5白天平均海表净短波辐射通量比观测偏小约25.4 W/m^(2);其中,反照率低估抵消了约50%向下短波辐射偏差的贡献。研究表明,在不同大气透射率情况下,ERA5的海表辐射收支偏差存在不同表现。ERA5海表反照率的低估可能与其采用的参数化方案在南海北部的适用性不足有关。基于观测本研究也给出了一个简单的参数优化方案。

青藏高原冻结期地表热储分析——以鄂陵湖畔草地为例

根据鄂陵湖畔高寒草地站点2011-2013年的观测数据,分析了冻结期高寒草甸地表能量通量平衡特征,在假定冻结期土层中各相态水的质量近似稳定的基础上,对热储项进行了定量分析。由于缺少对积雪深度的直接观测,根据地表反照率定义了积雪期。首先对冻结期地表能量特征进行了比较,发现无积雪时地表波文比多数时候大于3,而在积雪期,波文比大多时候小于0.5。有积雪时土壤各层温度平均日较差都显著地减小,其中0.05 m处土壤温度日较差相较于无积雪时减少4℃。伴随温度日较差减小,积雪期土壤内相变过程也会减弱,引起土壤湿度变化幅度的减少。积雪层可以吸收短波辐射,因此有积雪存在时,地表能通量传输过程需重新考虑。计算热储后发现,非积雪期土壤温度变化和相变过程贡献的热储项分别占不闭合能量(简称占比)的69%和12%,这个比例在阴天和晴天也会存在不同。在积雪期,积雪热储项占比为88%,而土壤热储占比仅为10%左右。与晴天相比,阴天积雪热储占比下降,土壤热储占比上升。这说明短波辐射增强会迅速增加积雪吸收的热量,但对积雪下冻土的影响却很小。对于冻结期中非积雪期闭合度的分析,同时考虑土壤温度和相变热储时闭合度会增加0.01~0.02,且阴天闭合度整体大于晴天。

鄂陵湖周边草地生长期地表能量平衡观测分析

利用2011-2013年鄂陵湖畔高寒草地点的观测数据,分析了生长期高寒草甸地表能量通量平衡特征,并对可能影响地表能量平衡的关键物理过程进行了讨论。研究发现,当使用5 cm处土壤热通量代表地表热通量时,观测通量之间存在很大的不闭合性。不闭合能量的平均日变化峰值出现在正午前后,平均约为180 W·m^-2。利用计算土壤热储计算得到的地表热通量,可以使最大日平均不闭合能量从182.76 W·m^-2减少到98.68 W·m^-2,能量闭合度从0.61提升至0.69。进一步分析发现,5 cm土壤含水量存在显著的日变化,其中在08:00-12:00(北京时)土壤存在显著的增湿与增温过程。通过分析指出,这个时段的土壤水分变化应该是由草地浅层土壤的凝露过程引起。计算发现,凝露过程产生的热储约占5 cm之上土壤热储的34%。晴天与阴天条件下,凝露过程也存在差异。凝露过程除了加热地表外,还返还了部分由于蒸散作用而消耗的土壤水分,对于当地生态维持有促进作用。