太湖生态系统能量闭合特征及其影响因素

地表能量不闭合不仅限制了涡度相关观测数据在陆面模型发展和验证等应用性研究中的价值,还给生态系统CO2源汇特征辨析带来不确定性。基于太湖避风港站2012年涡度相关通量、辐射、气象和水温梯度观测数据,分析了太湖能量闭合的多尺度(小时、日和月)时间变化特征,阐述了大气稳定度、摩擦风速和湖风对太湖能量闭合状况的影响。结果表明:太湖小时尺度的能量闭合度为0.59,且昼夜差异较小;日尺度的能量闭合度为0.73,在内陆水体观测结果中处于中等水平;月平均能量闭合度呈现冬季高、夏季低的季节变化特征;年平均时太湖仍有27%的能量不闭合。因摩擦风速减小,太湖能量闭合度在大气极不稳定条件下要比弱不稳定条件下结果低0.3;对于太湖这类大型浅水湖泊,其能量闭合度全天都受动力湍流交换强度制约,能量闭合度随摩擦风速增大而显著提高;虽然湖风发生使太湖小时尺度的能量闭合度降低了0.1,但其影响在日尺度上并不明显。

黄土高原地表能量不闭合度与垂直感热平流的关系

地表能量不平衡问题一直是陆面过程研究的一个重要科学难题.本文利用在陇中黄土高原观测的陆面过程资料,分析了气候地表能量不闭合度和短期地表能量不闭合度的分布特征,研究了地表能量不闭合度与垂直速度之间的关系,发现地表能量不闭合与垂直速度具有很好的相关性.并且,估算了近地层垂直感热平流通量,分析了考虑垂直感热平流后的地表能量平衡的特征,发现引入垂直感热平流输送对地表能量不闭合度有明显的改进.

能量存储及垂直速度能量输送对绿洲地表能量平衡的贡献

选取"黑河综合遥感联合试验"2008年8月盈科灌区绿洲站植被与其他陆面观测资料,计算夏季地表层能量存储与平均垂直速度能量输送,分析其对地表能量平衡的贡献.结果表明,考虑能量存储后,能量不闭合残差降低,其中当地时间09:00-12:00减小最多;日平均闭合率增加了0.13,07:00-09:00提升0.23,其中0.09来源于植被冠层热存储和光合作用耗能.加入平均垂直速度能量输送后,残差日均方根值减小24.2 W/m^2,12:00-15:00减小最多;日均闭合率增加0.07,15:00-17:00提升0.17,其中0.12来自于平均垂直速度潜热输送贡献.在涡动相关观测中加入平均垂直速度能量输送后,感热通量日均方根值提高了16.5%,潜热通量值增加了7.4%.

陇中黄土高原垂直感热平流输送对LAS和EC观测感热通量差异的影响

利用"黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)"2010年6月定西站的陆面过程综合观测资料,以造成大孔径闪烁仪(LAS)和涡动相关仪(EC)测量感热通量的差异为切入点,从中尺度垂直感热平流输送过程入手,将垂直感热平流输送的贡献作为地表有效能量的一部分引入EC直接观测的感热通量,对比引入前后LAS和EC测量感热通量的差异大小。结果表明:黄土高原定西观测站近地层大气垂直方向主要表现为向上运动,峰值达到0.074m·s-1,为垂直感热平流输送提供了必要的动力条件。尤其该地区处在半干旱区,地表受太阳辐射加热比较显著,近地层温度梯度最大可达0.39K·m-1,为产生垂直感热平流提供了能量基础。加入垂直感热平流输送的贡献后,EC地表能量不闭合度的日均值由直接观测的0.30缩小到0.24。修正后,LAS和EC测量的感热通量拟合的线性趋势系数由直接观测时的1.258缩小到1.186,两者差异得以缩小。