黄河源区玛曲土壤冻融过程中地表水热交换特征分析

土壤冻融过程显著影响地表含水量和能量收支变化。利用玛曲2017年8月至2018年7月的土壤温度/湿度、涡动观测资料以及公用陆面模式(Community Land Model,CLM)最新版本CLM5.0的模拟资料,其中冻结过程阶段的辐射和能量通量使用模式模拟的数据,通过分析土壤冻融过程中土壤温湿度、地表能量平衡各分量的时间演变特征,探讨冻融过程中地表水热交换的特征。数据分析表明:(1)土壤冻融过程包括冻结过程、完全冻结、消融过程及完全消融四个阶段,各阶段中的土壤温度/湿度、辐射和能量通量存在明显的日变化,在冻结过程和消融过程阶段,土壤湿度随土壤温度变化显示出明显的日冻融循环。(2)冻融过程通过影响表层土壤水分影响地表辐射收支和能量分配。冻融过程中土壤中的水相变为冰,改变下垫面性质影响地表辐射收支。土壤中的液态水通过相变影响地表潜热通量,完全消融(冻结)阶段,地气之间能量交换以潜热(感热)通量为主。相比于以潜热通量为主的冻结过程阶段,消融过程阶段净辐射通量逐渐增大,地气之间能量交换主要受感热通量影响。土壤中水分的昼融夜冻导致频繁的潜热通量释放影响地表热通量。土壤热通量在冻结过程(G_(0)=-9.1 W·m^(-2))和消融过程阶段(G_(0)=3.4 W·m^(-2))绝对值大于完全消融阶段(G_(0)=1.2 W·m^(-2)),土壤日冻融循环加强地表热通量交换。(3)能量闭合率为感热、潜热通量之和与净辐射通量、土壤热通量之差的比值。冻结过程、完全冻结、消融过程和完全消融阶段平均能量闭合率为1.44、1.56、0.99和0.81,消融过程和完全消融过程能量闭合率更趋近于1。土壤中存在日冻融循环时,冻结过程阶段土壤中的水冻结释放热量,高估土壤热通量从而高估能量闭合率,消融过程阶段土壤中的冰融化吸收热量,低估土壤热通量从而低估能量闭合率,影响地表能量收支平衡。

水汽输送对雅鲁藏布大峡谷地区陆—气间水热交换的影响研究

藏东南地区的雅鲁藏布大峡谷地区(以下简称大峡谷地区)是印度洋暖湿气流输送至青藏高原的重要通道,在高原水分与能量循环过程中具有重要地位。为了揭示不同水汽输送对陆-气间水热交换通量的影响,本文利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据产品,根据大气中总水汽含量和水汽水平输送通量将大峡谷地区2013年5月20日至7月9日的水汽强度划分为强/弱/极弱三种级别。并利用第五代公用陆面模式(Community Land Model version 5.0,CLM5.0)模拟了水汽输送对大峡谷-大气间水热交换的影响。研究表明:大峡谷地区的南(东)边界为水汽主要的输入(输出)边界,大峡谷南侧河谷存在水汽强输送带。CLM5.0模拟的大峡谷-大气间水热交换通量与实际相比误差较大,通过优选热力学粗糙度参数化方案和土壤属性替代数据集,提高了CLM5.0模拟大峡谷-大气间水热交换通量的精度。其中Zeng and Dickinson(1998)的方案(以下简称Z98方案)效果最优,较CLM5.0默认参数化方案下模拟的小麦站和草地站近地面感热通量均方根误差分别下降18.2%和10.9%。区域模拟结果显示:大峡谷地区近地面潜热通量区域模拟总体分布为东南高而西北低,近地面感热通量则相反,随水汽水平输送强度的减弱,潜热通量大值区向西北延伸面增大,而感热通量大值区则向东南延伸面增大。冰雪覆盖的高海拔地区近地面感热通量维持低值,而潜热通量则相反。整个试验阶段,大峡谷地区降水时长达59%,不同水汽输送条件下近地面有效能量主要以潜热的方式向大气输送,其中在强水汽水平输送条件下的水汽强输送带的近地面感热输送最弱,Z98方案下的感热通量日均值仅为-1.80 W·m^(-2),潜热通量则大于70.0 W·m^(-2)。对于大峡谷地区,当水汽维持高值范围时,近地面净辐射降低,但近地面净辐射主要被潜热消化,水汽保温大气的效应使得地-气温差降低,近地面感热输送抑制显著。本研究结果对认识雅鲁藏布大峡谷地区陆面过程及其对水汽水平输送的响应有一定的参考价值。

微波辐射下LaNaY沸石的水热交换反应

报道微波辐射应用于ＮａＹ沸石与Ｌａ（ＮＯ＿３）＿３溶液的离子交换反应，结果表明微波辐射可提高Ｌａ￣＋的交换度，缩短交换时间。

黄河源高寒湿地—大气间暖季水热交换特征及关键影响参数研究

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院麻多黄河源气候与环境变化观测站2014年6~8月观测资料,分析了黄河源区高寒湿地—大气间暖季水热交换特征,并利用公用陆面模式(Community Land Model,简称CLM)模拟了热通量变化,提出针对高寒湿地的粗糙度优化方案。主要结果如下:(1)暖季向上、向下短波与净辐射的平均日变化规律一致,向上、向下长波平均日变化平缓,地表温度升高相对于向下短波具有滞后性,潜热通量始终为正值并大于感热通量;(2)温度变化显著层结为20 cm以上土壤浅层,存在明显的日循环规律,土壤中热量09:00(北京时,下同)下传至5 cm深度,温度升高,11:00至10 cm深度,13:00至20 cm深度,18:00后开始上传,温度降低,40 cm及以下深度受此影响较小,热量在土壤中整体由浅层向深层输送;(3)土壤湿度平均日变化小,5 cm深度为土壤湿度最小层,10 cm深度为最大层;(4)麻多高寒湿地动力学粗糙度Z0m在暖季变化稳定,可作为常数,Z0m=0.0143 m;(5)提出更加适合高寒湿地下垫面暖季附加阻尼k B-1参数化方案,使得热通量模拟效果较CLM原始方案有所提高。以上结果对于研究湿地下垫面陆面过程具有重要意义。

基于CoLM模型的根分布对陆-气水热交换的影响研究:以玉米农田为例

利用2007—2008年辽宁锦州玉米农田生态系统野外观测站资料,基于CoLM模型对玉米根分布在陆-气水热通量模拟中的影响进行研究,结果表明:模型模拟性能随年际气象条件的差异而不同,与2007年相比,2008年生长季内降水偏多,感热和潜热模拟精度明显提高;决定根分布形态的50%和95%根总量土层深度(d50和d95)两个参数中,d50比d95敏感;根分布对土壤湿度的影响在极端干旱条件下很小,在一定土壤湿度范围内随土壤湿度及土层深度的增大而减小;在水汽通量各分量中,植物蒸腾受根分布影响最大,其次是土壤蒸发,而叶片蒸发不受影响;根分布对潜热和感热模拟的影响随土壤湿度增大而减小。

氯化稀土与NaY沸石水热交换的研究

本文研究了混合氯化稀土与NaY沸石在水溶液中的离子交换平衡和动力学,测定了140～240℃之间的等温线和交换反应速度;并考察了交换后冷却过程中已交换离子的逆向移动情况,以及交换温度对沸石结构的影响。得出了有利于水热交换的温度条件,以及有关热力学和动力学参数。

塔里木盆地陆气水热交换数值模拟

本研究提出了干旱区陆气水热交换中包含植被效应的土壤分层陆地水文耦合模型，分析了数学模型中温度变化与水分运动分层的物理原因和气候状况对地表面能量交换的影响，改进了强迫恢复法，采用了新的计算净幅射的计算公式，最后利用本模式，对新疆塔里木盆地阿克苏水平衡试验站干旱区的土壤、植被、大气间水热交换过程进行了数值模拟，模拟结果与实测值重合较好。

生态边界层水热交换模型及模拟研究进展

分析了1950年以来关于生态边界层水热交换及耦合模型的发展过程,并把生态边界层水热交换模型研究分为4个阶段,即水桶模式与陆面过程、考虑生态边界层的生物物理过程的植被微气象模式(BATS和SiB模式)、考虑植被的生物化学过程的模式、水热模式和气候模式及生态模式的初步融合。最后对该领域的研究存在的问题进行了综合分析,并提出了新的发展方向。

青藏高原地-气水热交换特征及影响研究综述

简要回顾了国内外青藏高原地—气相互作用的科学考察和研究进展,详细总结了近年来高原地—气水热平衡和交换的特征,及其对高原低涡、降水和东亚季风的影响研究。青藏高原地气水热交换可通过边界层过程导致高原热力作用改变,同时还能通过影响高原低涡,引起降水非绝热加热释放导致高原热力作用乃至海陆热力差异异常从而影响东亚夏季风气候。研究发现冷空气事件、土壤湿度和地表潜热对边界层厚度有重要影响;高原土壤温、湿度对低值系统的影响存在差异,高原涡频数与地温间存在显著正相关,但土壤湿度与高原涡间无显著相关关系;高原热状况与高原涡频数间也存在显著的正相关关系;对高原低值系统降水分析发现高原涡降水量呈逐年上升趋势,且波动剧烈呈多峰多谷变化;季风边缘区夏季降水与高原西部加热呈显著正关系,而与高原东部加热作用相关性并不显著;夏季风北部边缘区面积变化与高原中部和北部加热显著相关。研究结果进一步加深了对青藏高原气候学效应的理解。

铵型斜发沸石上铵铜离子水热交换反应的研究

用热浸煮法制备了铵型斜发沸石,用水热离子静态交换反应考察了铵型沸石上2NH4+Cu2+离子交换平衡时的平衡交换容量、交换效率.结果表明,铵型沸石对Cu2+的交换效率随Cu2+初始浓度增加而降低,随温度升高而增加.20℃时交换效率高达62%以上.同时该离子交换过程满足L angm u ir单分子层交换行为.40℃时仅有35.8%的NH4+被Cu2+交换,这与NH4+在沸石骨架上的配位方式和位置有关.

氯化稀土与NaY沸石的水热交换

本文研究了混合氯化稀土与NaY沸石在水溶液中离子交换平衡和动力学,测定了140～240℃之间的等温线和交换反应速度;并考察了交换后冷却过程中被交换离子的逆向移动情况,以及交换温度对沸石结构的影响。得出了有利于水热交换的温度条件,以及有关热力学和动力学参数。

若尔盖高寒湿地-大气间水热交换湍流通量的日变化特征分析

湿地近地面水热交换对陆面过程乃至天气气候变化有着显著影响,准确量化湿地与大气间的水热交换通量具有重要意义。本文利用中国科学院西北生态环境与资源研究院若尔盖花湖湿地陆面过程与气候变化观测场(下称花湖观测场)2017年3月至2018年3月涡动相关系统的观测数据,各季节选取3个典型晴天,分析了若尔盖湿地近地面的感热通量和潜热通量日变化特征,并与鄂陵湖和玛曲草原的观测值进行对比,同时计算了湿地下垫面的能量闭合率。结果表明:若尔盖高寒湿地-大气间的水热交换过程存在着明显的日变化特征。感热通量和潜热通量的日变化过程都为单峰型,在14:00(北京时,下同)-15:00达到最大值,感热通量最大值可达101.7 W·m^-2。潜热通量最大值可达412.6 W·m^-2。寒冷干燥季节的感热通量日平均值比温暖湿润季节大18.0%;而温暖潮湿季节潜热通量日平均值比寒冷干燥季节高68.7%。本文还将湿地水热交换过程与玛曲草原以及鄂陵湖湖面的观测数据进行了对比发现:夏季,若尔盖湿地近地面与鄂陵湖湖面向大气输送的感热和潜热总量相当,但湿地日变化幅度远大于湖面,通常为湖面的4~7倍。玛曲草原夏季感热通量日变幅约为若尔盖湿地的1.5倍,而湿地夏季潜热通量总量约为草原的1.2倍。在地表向上的通量中,能量不平衡所占的比例:春季27.7%,夏季22.7%,秋季15.7%,冬季19.4%。湿地全年主要以潜热的形式向大气输送能量,夏季潜热通量占有效能量的比例可达58.0%。

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响。本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通量不同状态和过程中的变化,以此探究土壤冻融过程中地气间的水热交换特征。研究表明:(1)净辐射通量在完全融化阶段的平均值要普遍大于其他三个阶段,最大值达到了203.7 W·m^(-2),冻融阶段冻土融化,土壤含水量逐渐增加,净辐射比完全冻结阶段明显增大,完全融化阶段净辐射日变化值最大,达到了717.6 W·m^(-2),完全冻结阶段最小,冻融阶段次之。(2)感热通量与潜热通量在完全融化和完全冻结阶段的配置不同。完全融化时,由于降水和土壤含水量等原因,净辐射主要转换为潜热通量,潜热通量日变化最大值为193.7 W·m^(-2),而感热通量只有80.0 W·m^(-2)左右。融冻阶段、冻融阶段与完全冻结时感热与潜热的日平均相差不大,潜热在三个阶段平均值为21.9 W·m^(-2),感热为20.3 W·m^(-2);而感热日变化在三个阶段均大于潜热,土壤发生冻融循环,地气温差较小,含水量产生变化,净辐射在这期间主要转换为感热。(3)土壤热通量在完全融化(冻结)状态下为正(负),表明地表从大气吸收(释放)热量,其日变化幅度大(小)。以上结果说明,土壤冻融状态与过程对近地面陆-气间水热交换过程表现出不同的特征。

空调用空气—水热交换器最佳结构参数的确定

介绍在空调设备中,热交换器的换热性能最佳结构计算方法,经济性最佳结构参数的计算法。为空调设备的设计提供参考。

La^(3+)-NaY型沸石的水热交换反应

作者根据在100℃,180℃时La^(3+)-NaY型沸石交换反应等温线的测定和十三种单一稀土(Ln)元素在180℃时的交换度与相应Ln^(8+)离子水合焓关系的研究以及在不同温度下交换反应速率常数、反应级数与交换反应表观活化能的测定,比较系统地研究了La^(3+)-NaY型的水热交换反应,从而比较有据地提出这类交换反应的机理。

基于CLM4.5的高寒草地辐射收支和水热交换的数值模拟研究

利用那曲高寒气候环境观测研究站本部BJ观测点2014年6-8月的近地层观测资料,结合CLM4.5陆面模型,探究空气动力学粗糙长度、叶面积指数、植被覆盖度和热力学粗糙长度参数化方案的改变对陆面能水平衡的模拟结果产生的影响,并且探讨了粗糙度及植被状态指数影响陆面能水平衡模拟性能的机制。结果表明:(1)CLM4.5默认的热力学粗糙长度方案Z98高估了感热通量,并且低估了地表温度,Z12方案和B82方案能够很大程度上减小感热模拟的正偏差与地表温度模拟的负偏差。(2)基于不同类型数据计算了两组空气动力学粗糙长度的月均值,在替换模式中原有值后,明显减小了地表通量的模拟偏差。(3)叶面积指数的增加(减少),使感热减小(增大),潜热增大(减小),反射辐射和地面长波辐射通量降低(增加),并且土壤温湿度也有所下降(上升)。(4)随着植被覆盖度的增加(减少),潜热通量降低(升高),感热、反射短波辐射以及地面长波辐射增强(减弱),地面土壤温、湿度有所增加(降低)。本研究为选择最优参数及参数化方案,进而更合理地模拟出整个高原地区的地表能水平衡提供了参考依据。

雅鲁藏布大峡谷地区近地面-大气间水热交换特征分析

利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据产品,归类分析了藏东南雅鲁藏布大峡谷地区水汽输送类别。选取大峡谷地区排龙站、墨脱站两个站点2019年涡动相关系统观测数据,分析不同水汽条件下雅鲁藏布大峡谷地区不同位置近地面水热交换通量的日变化特征。结果表明:高原季风期对应大峡谷地区水汽强输送期和温湿期,高原非季风期则相反。墨脱站、排龙站在高原季风期/非季风期典型晴天/阴天近地面潜热通量日变化对大气水汽条件较为敏感且响应一致,近地面潜热通量在强水汽条件下的日变化均强于弱水汽条件下,墨脱站特征最为显著,在高原季风期典型晴天强水汽条件下潜热通量日均值为84.05 W·m^(-2)是弱水汽条件下的1.13倍,日变幅达345.37 W·m^(-2)。两个站点在高原季风期/非季风期近地面感热通量对大气水汽条件响应不同。高原季风期典型晴天下,两个站点在弱水汽条件下的近地面感热通量日变化均强于强水汽条件下,海拔较高的排龙站在弱水汽条件下感热通量日均值(32.71 W·m^(-2))和日较差(191.10 W·m^(-2))是强水汽条件下的1.66倍和1.26倍。云覆盖和水汽对太阳短波辐射的削弱作用大于其自身的温室效应,墨脱站和排龙站在高原季风期/非季风期典型阴天弱水汽条件下的近地面感热通量日变化均强于强水汽条件下,排龙站在高原季风期/非季风期典型阴弱水气条件下近地面感热通量日均值为35.12 W·m^(-2)和14.32 W·m^(-2)分别是强水汽条件下的2.59倍和1.27倍。大峡谷地区存在水汽输送通道,大气水汽的辐射强迫对陆-气间水热交换过程存在显著影响,但近地面能量分配受地表水热属性的制约。

黄河源区高寒草地-大气间水热交换通量特征

利用黄河源区玛曲观测站2016年涡动相关系统和微气象梯度塔观测资料,分析了高寒草地-大气间水热交换通量的特征。结果表明:夜间地表各通量值很小,净辐射和感热通量为负值,潜热通量的值较小但始终为正。日出后随着太阳辐射和地表加热作用各通量迅速增大,在14时左右达到峰值。暖季(6—8月)夜间感热通量占净辐射的比例(H/R_(n))高于感潜通量占净辐射的比例(LE/R_(n)),日出后LE/R_(n)开始升高而H/R_(n)减小,日间LE/R_(n)大于H/R_(n)。冷季(12月—次年2月)H/R_(n)始终大于LE/R_(n),感热通量在冷季的能量分配中占据主导地位。暖季LE/R_(n)、H/R_(n)均随土壤温度升高而升高。冷季H/R_(n)与5 cm深度土壤温度表现出了更为明显的二次关系,随着温度升高先降低后升高,当温度小于-7℃时H/R_(n)降低,大于-6℃时H/R_(n)增大。暖季H/R_(n)随着土壤湿度增大先降低后升高,LE/R_(n)先升高后降低。在0—1.5 kPa,暖季饱和水汽压差与LE/R_(n)、H/R_(n)均呈线性关系,并随着饱和水汽压差增大,LE/R_(n)增大而H/R_(n)减小;1.5 kPa之后,LE/R_(n)、H/R_(n)变化特征均保持其原有趋势。

高效节能快速汽─水热交换器

高效节能快速汽－－水热交换器专利号：９５２０４１９０．１该产品是在总结吸收国内外热交换器的基础上新研制出的一种热交换器，它的独特设计使水压力与蒸汽压力没有相互制约的关系，蒸汽压力波动较大时能自行平衡，不需人工调节，工况稳定，体积小，热效率高达９８％以...

含水层热量输运中自然热对流和水-岩热交换作用的研究

本文对含水层热量输运过程中存在的自然热对流和水－岩热交换作用进行了深入研究，目的是为了弄清两种作用对热量输运的影响。首先针对普通水流方程和热量输运方程的局限性，给出了能够描述这两种作用的新的数学方程，并通过建立一个非线性三维含水层热量输运模型加以实现。然后利用上海第二承压含水层的群井储能试验资料，根据不同的条件进行计算。计算结果与实测数据的对比分析表明，自然热对流通常对含水层的热量输运有明显作用，定量研究时不应忽略；水－岩热交换作用持续时间短，对整个热量输运过程影响较小。