农田蒸散测算的微气象学方法

介绍了国内外广泛采用的测算农田蒸散的微气象学方法，如涡度相关法、空气动力学法、空气动力学相合、鲍恩比—能量衡量法、Ｈ扣除法等。探讨了这些方法误差来源、特点及使用中应该注意的问题。

沙尘气溶胶对半干旱区微气象学特征影响的初步研究

沙尘气溶胶通过改变地表—大气间的短波及长波辐射从而对地气间热量传输产生影响,进而影响到地表能量收支平衡以及近地面层气象要素的分布。半干旱区是我国干旱化表现最为剧烈的地区,也是沙尘暴频发地区和主要源区之一。本文利用吉林通榆半干旱区国际协调强化观测计划基准站2006年4～6月近地层微气象、地表辐射通量和沙尘气溶胶浓度观测资料,对比分析了该地区在典型沙尘暴天气、扬沙天气和晴朗天气等不同天气状况下近地层各气象要素、地表能量平衡及辐射收支的变化特征。结果表明,沙尘气溶胶对半干旱地区地面微气象学特征及辐射收支具有明显的影响,且表现出不同于干旱区的若干特性:半干旱区沙尘天气下的平均风速比晴天高约2m.s-1,而相对湿度则降低了约35%。相对而言,气温和浅层地温的变化对沙尘的影响响应较弱。半干旱区在沙尘天气时地表净辐射小于晴天,感热/潜热通量分别约占净辐射的55%和30%,分别远大于/远小于晴天时的情形。该地区气溶胶质量浓度与日均感热、相对湿度、潜热等要素具有明显的相关,相关系数分别高达0.70、-0.75和-0.62。相比之下,干旱区沙尘天气时的感热通量要小于晴天时的值,而且气象要素的响应更加剧烈。

2010年春季北京地区强沙尘暴过程的微气象学特征

利用北京大学校园地区PM10质量浓度观测资料、中国科学院大气物理研究所325m气象塔气象要素梯度和湍流观测资料,分析了北京地区2010年3月20～22日两次强沙尘暴过程微气象学要素和沙尘参量的时空演变以及湍流输送特征,为理解北京地区强沙尘暴天气沙尘输送规律和微气象学特征提供参考。结果表明:3月20～22日强沙尘暴过程前后不同高度温度先升后降,气压和相对湿度则相反。强沙尘暴来临时,高层风速先迅速增大,低层风速增加略有滞后,风切变明显加强,PM10浓度最大值和风速极大值出现时间较吻合。强沙尘暴过境时,不同高度向下的湍流动量输送、向上的湍流热量输送和湍流动能明显加强。与3月21日非沙尘暴日相比,强沙尘暴过程湍流动量通量增加,有利于沙尘粒子的水平和垂直输送过程;由于冷锋过境,水平热通量增大;垂直热通量因白天温度垂直梯度减小而减小,夜间因逆温层被破坏而增加;水平湍流动能对湍流动能占主要贡献,垂直湍流动能仅占水平湍流动能的10%～25%。

我国沙尘天气微气象学和湍流输送特征研究进展

基于风蚀起沙的物理机制,从微气象学角度回顾了国内沙尘天气的研究进展,介绍了沙尘天气过程近地面层微气象学特征,以及湍流通量演变规律和湍流作用对沙尘暴过程参数化的影响。同时,结合国外的相关研究,探讨了国内在沙尘天气研究方面存在的不足和今后的研究方向,如:开展沙尘暴过程数值模式湍流参数化方案的分析及与卫星和实验观测结果的比对研究;获取沙尘天气过程近地面层气象要素垂直廓线的精细分布,加深理解不同沙尘天气演变规律及特征;加强不同沙尘源区土壤湿度对起沙阈值影响的研究;开展不同粒径土壤的起沙率以及沙尘通量廓线演变规律的研究等。

青藏高原东南缘近地层微气象学特征对比分析

本文利用位于青藏高原东南缘的温江和大理大气边界层野外观测资料,对比分析了两站包括风温湿、辐射、湍流通量等在内的近地层微气象学特征,主要结果如下：（1）两站风速值均随着高度的增加而增大,但温江站冬季4～10 m风速在白天出现随高度减小的现象.温江站冬季以东北风为主,夏季以西北风和南风为主;大理站冬季以东南风为主,其次为西南风,夏季则以东风和东南风为主.两站近地层逆温和逆湿现象都非常显著.（2）同一季节温江站大气逆辐射和地表长波辐射大于大理站,向下短波辐射小于大理站.温江站地表长波辐射总是大于大气逆辐射,而大理站白天地表长波辐射大于大气逆辐射,晚上则相反.（3）温江站感热通量冬季大于大理站,夏季小于大理站,而潜热通量无论冬夏都要小于大理站.两站潜热通量均大于感热通量,并且大理站潜热通量月平均日变化值全天始终大于零.无论冬夏,温江站土壤热通量都要小于大理站,随着深度的增加两站土壤热通量均有位相上的延迟.

基于微气象学方法的麦田CO2和O3通量的观测与模拟

利用涡度相关技术对长江三角洲地区冬小麦麦田白天时段CO2和O3通量进行连续观测,分析其变化特征.引入并参数化Jarvis乘法模型,预测冬小麦冠层尺度CO2和O3通量.结果表明:整个观测期间,麦田CO2浓度和通量的范围分别为372.3-487.1μL/L和-0.4-40.3μmol/(m2·s),均值分别为402.6μL/L和13.4μmol/(m2·s).O3浓度和通量的范围分别为4.6-116.6nL/L和-0.2-20.7nmol/(m2·s),均值分别为50.9nL/L和-6.8nmol/(m2·s).CO2和O3通量最高值出现在冬小麦的孕穗期和开花期,该时期冬小麦光合能力最强,对CO2与O3的吸收最大.冬小麦CO2和O3通量总体上呈相似的日变化模式,上午CO2通量明显高于下午,上午O3通量却低于下午.温度、水汽压差、光合有效辐射、物候期等环境因子驱动下的冬小麦冠层通量与叶片气孔导度具有相似的限制机制,利用修订后的Jarvis乘法模型模拟了CO2和O3通量,并与实测值进行对比验证,表明修订后的模型分别解释了CO2和O3通量62%和60%的变异性,适用于本地冬小麦CO2和O3通量的模拟.

2020年春季中国北方一次扬沙天气过程微气象学与沙尘输送特征

利用内蒙古科尔沁沙地和沈阳地区同步气象要素梯度观测和地面大气颗粒物(PM_(2.5)和PM_(10))质量浓度观测资料,分析了中国北方地区2020年5月10日一次大范围扬沙天气过程微气象学和沙尘输送特征。结果表明:受大尺度天气系统影响,此次沙尘天气过程中科尔沁沙地不同高度(<20 m)风速均明显增加,各层相对湿度和浅层地表含水量有所降低,较强湍流动力作用配合干燥的土壤和大气环境有利于沙源地区地表大量的沙尘粒子释放到大气中。此后这些沙尘粒子随较强的西北气流集中在2—3 km以下高度向下游地区输送。受沙尘输送的影响,沈阳地区10日小时平均PM_(10)浓度最高达817μg·m^(-3),能见度减小至3.7 km。此外,科尔沁沙地起沙过程中能见度与摩擦速度存在明显的反相关关系(相关系数R^(2)=0.93),与湍流动力学热通量相关性相对较小,表明湍流动力作用在此次起沙过程占主导作用。

研究森林与大气间CO_2交换的微气象学法(综述)

森林所固定的CO_2约占全球陆生生态系统的70％(Baumgartner.1969)。因而,研究植物的光合作用在植物生理和植物生态方面都具有重要的意义,由于测定仪器的进展,使测量精度和自动化程度大为提高。从测定的方法上也由器官和个体水平发展到群体水平,即过去从用同化室法研究单叶或整株植物发展到一个群体的水平。在农作物方面首先采用放大的同化箱来测定群体局部的光合作用,虽然这种方法有一定的优点,并且用空调来控制同化箱的温度和湿度等环境因子,能保证一定的精度。但是无论如何也不能达到自然的状态,因而有很大的局限性。Huebr(1947)首先提出了用微气象方法测定和计算植被与大气间的CO_2交换通量。后来得到Lemon、Monteith和其他很多学者的发展,逐步形成了较完整的方法。正如Monsi(1968)认为的那样,在自然条件下测定广阔区域中一个均匀一致的植物群落的总光合作用,这种方法在理论上是最适当的。随计算技术的发展,各因子的测定数据,可以用微处理机加予运算和处理,可以较快地得到植被的CO_2交换量。在森林生态系统的研究中近来也开始得到应用,并取得了可喜的结果。

《微气象学基础》

本书参阅了近20多年来有关的教科书、研究论文的成果,并结合多年的教学经验编写而成,所阐述的主要内容包括下垫面的辐射传输与能量平衡、土壤热量传输及温湿度变化、近地层的湍流交换、植被微气象和城市微气象等方面。编书过程中,力求对涉及的基本概念、规律、方法等基础知识做到深入浅出的阐述,并融入近年来的关注热点和研究成果,达到可读性、学术性和应用性的统一。本书不仅适用于应用气象学、气候学等专业本科生的教材用书,亦对大气科学、生态、环境、农学、林学、地学等领域的科技工作者具有重要参考价值。

内蒙古半干旱草原沙尘天气对近地层微气象学特征影响分析

利用锡林浩特国家气候观象台2011年4—5月近地层微气象、地表辐射和湍流通量观测数据,对比分析了内蒙古典型半干旱草原下垫面在晴天、扬沙和沙尘暴天气下各气象要素、地表辐射分量和能量平衡的变化特征。对于半干旱草原区,地面风速越大沙尘天气越强;沙尘过程开始前地面空气较暖,开始后地面空气转为相对较冷的状态;沙尘气溶胶含量越高,5cm地温日变化趋势越弱,在沙尘过程中5cm地温值越小。沙尘气溶胶含量越高,太阳总辐射越弱,大气长波辐射越强;地表反射辐射与总辐射有相同的日变化特征;沙尘气溶胶白天使净辐射值减小,夜间使净辐射值增大。沙尘天气直接辐射衰减非常明显,而且散射辐射在总辐射中占很大的比重。沙尘气溶胶对紫外辐射的削弱很强,并且沙尘含量越高,对紫外辐射的削弱越强。沙尘气溶胶的辐射强迫作用对地表能量平衡产生影响,使向上的感热和潜热输送减弱,使向上的土壤热通量增强或向下的土壤热通量减弱。

测定草地植被蒸散量的微气象学方法

微气象学方法测定草地植被蒸散量具有方便简单,精度高的优点。还可用于预测预报,因此具有广泛的应用前景。本文主要介绍了目前国外广泛采用且精度较高的3种微气象学方法,即能量平衡法、彭曼法和蒙蒂斯—彭曼法,特别是各法中参数的确定方法。以期使该法能在我国草地生态系统的研究中得到应用和发展。

不同沙尘天气微气象和沙尘演变规律的对比研究

利用内蒙古浑善达克沙地沙尘暴实验探测资料,给出2004年春季多次沙尘天气过程近地面微气象学要素、湍流通量及沙尘浓度的极值对比,重点分析了3月27—28日强沙尘暴过境时近地面微气象学要素和辐射分量的变化特征。结果表明:沙尘天气过程中,白天近地层温差均有不同程度的降低,夜间逆温强度减弱;净辐射与感热通量较晴空值均有不同程度的削弱。沙尘天气过境时,动量通量显著增加,动力湍流与热力湍流配合,有利于加强沙尘源区的局地起沙和沙尘的垂直输送过程。3月27—28日强沙尘暴过境时,伴随地面水平风向的转变,沙尘浓度迅速增加,风速及其垂直梯度增大;在沙尘暴增强阶段,近地层降温达7℃,比湿出现极大值,净辐射和感热通量降为负值。当沙尘浓度达到最大值后,净辐射上升至零,反映了夜间沙尘气溶胶对低层大气和地表的保温作用。

黑河地区绿洲内农田微气象特征

本文对1990年6月—1991年9月期间“HEIFE”中临泽野外微气象观测站的资料进行了大量分析。初步得出了一些干旱地区绿洲内被林带包围的农田微气象特征。

水稻旱地育秧的微气象和育秧优势

根据实测和计算资料，分析比较了旱地育秧与水田育秧的微气象差异和育苗效果。结果表明，在同一种塑料薄膜覆盖下，旱地育秧的薄膜透光率、土壤温度和气温均高于水田育秧；土壤热通量、地面温度和气温的日较差均大于水田育秧；在低温阴雨天气条件下，旱地育秧的种谷胚乳转化率、秧苗器官的干重增加速度、出苗率和成秧率均高于水田育秧。

天津南部地区平流雾过程塔层气象要素特征分析

利用天津255m大气边界层气象铁塔观测资料,分析了2006年2月平流雾天气过程塔层气象要素演变特征。结果表明:西南暖湿气流为平流雾的形成和长时间维持提供了逆温和湿度条件,平流雾形成前4个小时,西南暖湿气流突然增强。深厚平流雾形成时,低层大气呈弱不稳定层结;雾形成和发展期间,低层大气维持增湿和双层逆温层结,风场减弱,风向切变增强;冷空气产生的下沉逆温使低层雾得以维持较长时间,西北干冷空气的逐层入侵导致平流雾从高到低逐步消散;雾消散期间,雾体低层呈现出超绝热递减层结特征。分析还显示:平流雾过程中,温度廓线特征与雾体厚度关系密切。

西安市污染气象条件分析

利用西安市的现场气象观测资料及西安市观测站的实测资料,分析了西安市对大气污染物稀释扩散能力有重要影响地温度场、风场、大气稳定度等,结果表明:西安市冬季存在较为明显的热岛效应;接地逆温强度较低层逆温强度大;各时次地面风流型以S-SE为主,频率为11%～54%;冬季风速82.4%以上都小于2.9m/s,大于2.9m/s的风速出现频率很小,为5.3%;夜晚及凌晨以稳定类天气为主,中午前后以不稳定或中性天气为主。

太湖地区稻田氨挥发及影响因素的研究

应用微气象学方法研究太湖地区水稻三个不同施肥期施用尿素后的氨挥发损失 ,并对其影响因素 (气候、田面水中NH+4 N浓度和作物覆盖等 )的作用进行了分析研究。结果表明 ,水稻施用尿素后的氨挥发损失为各时期施氮量的 18 6 %～ 38 7% ,其中以分蘖肥时期损失最大 ,其次为基肥 ,穗肥氨挥发损失最小。氨挥发损失主要时期是在施肥后 7d内。在水稻不同生长期 ,各因素对氨挥发的影响能力大小并不一样 ,三个施肥期的氨挥发损失通量与施肥后田面水中铵态氮浓度呈显著正相关。

植物蒸发蒸腾量测定方法述评

评述了水文学方法、微气象学法、植物生理学方法、红外遥感法等4类植物蒸发蒸腾量测定方法的基本原理、计算方法、优缺点及误差来源等;给出了合理选择测定方法的参考标准;指出目前研究和实践中存在的一些问题,并对未来发展趋势进行了展望。

生态系统通量研究进展

开展生态系统通量的长期定位观测研究具有重要的意义,本文在总结生态系统通量概念与内涵的基础上,概要介绍了全球通量网、区域通量网(美洲网、欧洲网、亚洲网)和中国陆地生态系统通量观测研究网络的建设与发展历程,以及生态系统通量的主要研究方法,包括微气象学方法(涡度相关法、质量平衡法、能量平衡法和空气动力学法)和箱式法(静态箱法和动态箱法)及其基本工作原理;系统地对不同生态系统类型,包括森林生态系统、农田生态系统、草原生态系统和水体生态系统的CO2通量、N2O通量、CH4通量、热通量等研究成果、方法及进展进行了评述;最后,结合我国不同生态系统类型通量研究的现实与需要,从生态系统通量研究的策略、水平、方法以及资金的投入、数据的管理与使用等方面提出了一些合理化建议与展望.

大面积冬小麦夏玉米农田土壤的氨挥发

报道了利用微气象学法 (梯度扩散法 )测定大面积农田土壤氨挥发的试验结果。在华北平原种植冬小麦夏玉米的生产实际中 ,施肥后土壤氨挥发的损失量 (N)在 18 9～ 6 3 5kg·hm- 2 之间 ,占施N量的 9 9%～ 37 0 %。氨挥发过程主要发生在日间 ,日内挥发高峰多出现在 12 :0 0～ 16 :0 0 ,并与季节有关 ,土壤施尿素或碳铵后氨挥发日间变化方式基本一致。当表层 1cm土壤的NH4 (N)下降到 2 0～ 30mg·kg- 1时 ,施肥引起的氨挥发基本结束。