青藏高原地表辐射通量的气候特征分析

基于对"全球能量水循环亚洲季风青藏高原试验研究"(GAME/Tibet)和"全球协调加强观测计划(CEOP)之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)设在藏北高原的安多站、BJ站、D105站和NPAM站以及中国科学院珠峰站和中国科学院纳木错站10～20年晴天日间的辐射观测资料求年均值,分析了高原草甸(草高为5 cm的高原草甸,10 cm的高原草甸和高原稀疏草甸,15 cm的高原草甸)、戈壁和临湖高原草甸这些典型下垫面观测站多年观测的短波向下辐射、短波向上辐射、长波向上辐射、长波向下辐射、净辐射通量和地表反照率的年际变化,得出了青藏高原地表辐射通量的气候特征,发现高原上大部分站点观测到的短波向下辐射有不同程度的减小的年变化趋势,基本所有站点观测的长波向上辐射有不同程度的逐年增加趋势,且高原上基本所有站点观测的长波向下辐射有不同程度的增加趋势,高原地区大部分站点的净辐射通量的年变化趋势基本与短波向下辐射的年变化相一致,青藏高原大部分站点的地表反照率在不同程度上逐年减小。

青海省地表净辐射通量的遥感估算方法及时空特征分析

地表净辐射通量是地气系统的关键参数,对其准确估算并进行时空特征分析是地表水热平衡研究的重要内容。本文基于2011-2019年的MODIS产品分别估算了青海省晴天和有云条件下卫星过境时刻的瞬时地表净辐射通量,并依据地表净辐射通量的日变化模型计算得到日间地表净辐射通量。在精度评价方面,利用青海省西宁和格尔木两站的辐射通量数据和50个站的气象观测数据,分别验证了瞬时和日间地表净辐射通量的遥感估算精度。结果表明,晴天条件下瞬时和日间地表净辐射通量在西宁站估算精度较高,RMSE分别达到72.35 W·m^(-2)和2.29 MJ·m^(-2),在格尔木站存在明显的高估,Bias分别达到133 W·m^(-2)和3.25 MJ·m^(-2)。在各气象站点处,遥感估算的日间地表净辐射通量有较高的精度,RMSE为2.04 MJ·m^(-2)。青海省晴天条件下地表净辐射通量的年均值为4176.62 MJ·m^(-2),年内变化呈单峰分布,最大值和最小值分别出现在6月(559.23 MJ·m^(-2))和12月(134.68 MJ·m^(-2)),其空间分布总体呈现东南高西北低的格局。

从FY-4A卫星遥感数据和GFS资料估算全天空状况下的地表长波辐射通量

本文介绍一种利用FY-4A成像仪遥感数据和全球预报系统(GFS)资料估算全天空地表长波辐射通量的反演方法。该方法通过辐射传输模拟和统计回归计算建立云天地表下行长波辐射通量的反演模式,并基于GFS资料处理云覆盖地区的地表上、下行长波辐射通量。这种全天空状况下两种通量的反演结合了FY-4A晴空地表长波辐射业务产品和本文反演模式处理的云天地表上、下行长波辐射通量。2018年9月1日的处理结果与Aqua/CERES同类产品相对比,精度为:RMSE=20.52 W·m^-2,R=0.9481,Bias=3.3 W·m^-2(夜间地表下行辐射通量对比);RMSE=25.58 W·m^-2,R=0.9096,Bias=5.4 W·m^-2(白天地表下行辐射通量对比);RMSE=10.97 W·m^-2,R=0.9762,Bias=-3.3 W·m^-2(夜间地表上行辐射通量对比);RMSE=19.97 W·m^-2,R=0.9283,Bias=5.0 W·m^-2(白天地表上行辐射通量对比)。这些结果表明本文发展的方法能够反演出精度较好的云天上下行长波辐射通量资料,为今后利用FY-4后续星处理生成全天空状况下的地表长波辐射通量产品奠定了理论基础。

计算非均匀地表通量的一种简化PDF及其应用

提出描述地表非均匀特性的简化概率密度函数 (PDF) ,它可代替各种具体的PDF用于求解次网格尺度平均通量而不影响其精度 ,这种简化PDF可直接加入陆面过程模式方程组中进行陆 -气通量交换的数值试验。它对非均匀地表陆面过程参数化具有一定的普适性。本文仅讨论了对称分布的简化计算 (非对称分布另文讨论 ) ,列举了非均匀分布的观测事实 ,并以地表净红外辐射通量计算为例 ,详细验证了应用这种简化PDF的可行性和可靠性。

黄土高原土壤湿度对地表能量和大气边界层影响的观测研究

利用黄土高原区域甘肃平凉地区陆面过程与灾害天气观测研究站2016-2017年夏季(6-8月)晴好天气下的观测资料,定量分析了平凉地区土壤湿度在干、中、湿三种不同状况下对地表辐射和地表能量分配及大气边界层的影响,并根据总体变化趋势,将土壤湿度进一步分为干、中区间(0.158~0.220 m^3·m^-3)和中、湿区间(0.179~0.325 m^3·m^-3),与波文比、感热通量、潜热通量进行相关性分析,从而探究土壤湿度通过影响地表能量分配和大气边界层进而影响降水的可能物理机制。结果表明:(1)土壤湿度变化对反照率影响相对较小,对波文比影响显著,主要是影响感热、潜热变化,即影响地表能量分配过程。随着土壤湿度增加,潜热增大,感热减小,波文比显著降低;土壤湿度变化对地表净辐射影响显著,主要影响净长波辐射变化,随着土壤湿度增加,净短波辐射呈现略微增加,净长波辐射显著增加。(2)土壤湿度分区间分析结果显示,土壤湿度在干、中区间(0.158~0.220 m^3·m^-3)对潜热通量以及边界层高度的影响相比土壤湿度在中、湿区间(0.179~0.325 m^3·m^-3)的影响更大,即土壤偏干情况下,地表通量变化和大气边界层发展更显著。此次观测数据定量分析结果与理论机理较为一致,表明该观测数据的可靠性,可为数值模式在黄土高原区域的模拟提供重要的数据基础。

运用热惯量估算大气下行长波辐射的遥感方法——以Landsat/TM为例

利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料,建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T0的关系式,利用北京21个常规气象站观测资料,以及2004年5景TM图像,建立热惯量与大气水汽压的经验关系式,将获取的两个关系式代入得到广泛引用的Izionmon(2003)晴天大气下行辐射估算模型中,率先提出了根据像元的热惯量、地表辐射温度等遥感参数反演像元大气下行辐射的空间估算模型。通过利用实际测量值,对一个点的大气下行辐射估算值反演的地表净辐射通量和利用逐个像元估算的大气下行辐射估算值反演结果精度验证表明:利用逐个像元的大气下行辐射值估算地表净辐射通量,比利用单一大气下行辐射值来估算,精度提高了9.5%。这表明利用热惯量和地表辐射温度等遥感参数来估算非遥感参数大气下行辐射的思路是可行的,而且有应用前景。

地表净辐射通量观测、模拟和同化的研究进展

地表净辐射通量是陆—气相互作用水热交换过程中的一个重要物理参量,在全球变化背景下,定量研究地表净辐射通量的时空变化对气候变化研究具有重要意义。本文总结了目前定量研究地表净辐射通量的主要方法——观测、模拟和同化,分析了观测和模拟的优势和不足,提出利用数据同化方法可以弥补观测和模拟的不足,并比较分析了目前流行的同化算法的优缺点,利用不同的同化算法构建的同化系统可以同化不同来源的观测数据对模型进行校准,获取时空上连续一致的高精度地表净辐射的预报值。最后,探讨了同化多源遥感数据改进地表净辐射通量的研究中存在的问题、发展方向及其在全球变化研究中的意义。

城市地表净辐射通量的季相变化及与地表覆盖格局的关系研究

本研究利用厦门市4个季节的Landsat-5 TM遥感影像和气象资料,反演地表净辐射通量,进而分析其季相变化特征;使用景观格局指数表征和描述地表覆盖的空间组成与配置,采用相关分析、偏相关分析、逐步回归和方差分解相结合的方法,从多季节角度研究地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响。结果表明:(1)厦门市地表净辐射通量平均值夏季最高,春季次之,秋季和冬季较低,地表净辐射通量在水体和林地区域较高,建设用地和裸地等其他地表覆盖类型区域较低;(2)地表覆盖的空间配置对地表净辐射通量没有显著影响;(3)地表覆盖的空间组成对地表净辐射通量产生重要影响,全年内林地和裸地所占面积比例对地表净辐射通量的影响最显著,林地所占面积比例是影响和解释地表净辐射通量跨季节差异的最重要和持续有效的因素。该研究加深了关于地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响的科学认知,有助于探索城市热岛的形成和演变机制,也可为城市规划和可持续发展提供理论依据和实践指导。

2018年中国中东部地区臭氧浓度分布的时空特征

近几年,受人为排放的挥发性有机物逐年增加和大气中PM2.5浓度逐年降低的影响,近地面的O_(3)已成为影响我国夏季空气质量的首要污染物,全国很多地区每年5月至9月会出现O_(3)污染超标的现象和O_(3)大范围蔓延的趋势.利用2018年逐时的O_(3)浓度分析场数据对我国中东部尤其是京津冀、长三角和珠三角地区O_(3)浓度的时空变化趋势进行研究.结果表明,随着时间变化,月平均O_(3)浓度在京津冀地区呈倒“V”型,在长三角和珠三角地区呈“M”型,这是因为O_(3)生成与地表接受的短波辐射通量有较好的线性关系.在京津冀地区6月太阳辐射强度最大且云量较小,因此O_(3)污染严重,O_(3)超标天数接近一半;而长三角和珠三角地区在7月受雨季的影响,云量较大,因此O_(3)月平均浓度相对较小,月平均浓度变化呈现出“M”型.而在一天内O_(3)浓度在上午逐渐上升,午后达到最大且稍滞后于地表所受到的短波辐射通量的日变化.