向下短波辐射差异对草甸化草原地表辐射平衡的影响

基于向下短波辐射分位数,对中国气象局海北牧业试验站2014年9月至2020年12月四分量辐射观测数据按月进行分组。分析了向下短波辐射差异对草甸化草原辐射平衡的影响,为明晰不同光照条件下辐射平衡变化和成因提供了依据。结果表明:在相同月份中,不同光照条件下地表接收的向下短波辐射呈现出极显著的对数变化趋势,组间差异超过了季节之间的差异。不同光照条件下向上短波辐射和大气长波辐射也表现出较大差异,其中大气长波辐射差异主要与空气湿度以及云量差异有关。随光照条件的增加,地表接收的净短波辐射增多,支出净长波辐射也增多。所以不同光照条件下净全辐射与向下短波辐射的比例相差不大。不过,光照条件差异会对向下短波辐射与净全辐射的关系模型产生影响。

塔克拉玛干沙漠南缘戈壁下垫面辐射平衡与地表反照率特征

戈壁是荒漠地区主要的地表形式之一,这种下垫面特征与沙漠下垫面有较大差异,因此对于沙漠地区戈壁下垫面辐射平衡特征的研究十分有必要。利用中日沙尘暴合作项目(ADEC)塔克拉玛干沙漠南缘策勒戈壁观测站连续观测数据,分析了策勒戈壁站地表辐射平衡各分量全年、各季节与特殊天气下的日变化特征,以期为塔克拉玛干沙漠地-气系统能量交换提供更加具体的参数。结果表明:(1)策勒戈壁站各辐射分量最大值除向上短波辐射出现在1月外,其余各分量均出现在7月。(2)季节尺度上,各分量季节日变化最大峰值出现季节不一致,向下短波辐射和向上短波辐射最大峰值出现在春季,向下长波辐射、向上长波辐射和净辐射最大峰值出现在夏季。(3)不同天气下,各季节晴天各辐射分量均呈现平滑的变化趋势,多云、阴天、降雨期间各分量变化不规则,降雨和降雪天气向下长波辐射和向上长波辐射明显高于其余各分量。(4)地表反照率年均值为0.32,其中冬季降雪导致地表反照率远高于其他季节,各季节的次序表现为:冬季、春季、秋季、夏季。而反照率的日变化受太阳高度角影响,晴天呈现出平滑的“U”型,其他天气变化不规则。

藏北高原典型草甸下垫面与HEIFE沙漠区辐射平衡气候学特征对比分析

利用中日合作"全球能量与水分平衡试验 青藏高原季风试验(GAME Tibet)"和中日合作"黑河地区地—气相互作用野外观测实验研究(HEIFE)"IOP、FOP资料,计算分析了藏北高原典型草甸下垫面安多站和HEIFE沙漠站的辐射平衡各相关特征量时频变化的气候学特征。结果表明:无论是高原安多站还是黑河沙漠站,夏季均出现超太阳常数现象(只是安多更为明显);总辐射、大气逆辐射、地表长波辐射、地表有效辐射和地表辐射平衡等的日变化(晴天)无论是安多站还是沙漠站均表现为早晚出现最小值而正午附近(地方时)达到最大值,而地表反照率的日变化(晴天)相反表现为早晚大而正午附近小的规律;上述各分量均表现有程度不等的季节变化规律:总辐射、大气逆辐射、地表长波辐射和地表辐射平衡均表现为夏半年增大达到最大值百而冬半年降低量出现最小值;另外,大气长波辐射、地表有效辐射和地表反照率在沙漠站的年际变化的振幅较安多站更为显著和有规律。

应用辐射平衡原理计算夏季水泥路面温度

应用能量守恒方法 ,考虑太阳短波辐射、大气和地面的长波辐射 (辐散 )潜热、感热传输等能量之间的平衡 ,并考虑水汽、气溶胶、浮尘以及云等对太阳短波辐射的吸收和散射 ,建立了一种较实用的路面温度预报模型。应用南昌市自动气象观测站 2 0 0 2年 7月 2 6日至 8月2 4日共 30d逐时的各气象要素资料进行模拟分析 ,并与该时段内所测到的水泥路面温度进行对比 ,发现 :当夏季日照时间超过 5h时 ,水泥路面最高温度预报最大误差 <4℃ ,多日误差绝对值平均为 2 .1 3℃ ,该模型具有较好的实际应用价值 ;但当雨日或无日照时 ,结果较差。

黑河地区鼎新戈壁与绿洲和沙漠下垫面地表辐射平衡气候学特征的对比分析

利用2006年2月至2007年1月在甘肃酒泉金塔地区进行的"绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究"野外试验中鼎新戈壁下垫面地表辐射观测资料,对戈壁地区不同天气条件下和季节平均的辐射平衡特征进行了分析,并将其辐射平衡各分量的年变化特征与HEIFE实验区张掖和沙漠站1991年同期的辐射观测资料作了对比分析.结果表明:鼎新戈壁地区7月典型晴天下,其辐射各分量表现出了标准的辐射平衡的日变化形态,总辐射峰值达到1 081 W.m-2,净辐射峰值也在650W.m-2以上;由于阴天和降水天气过程的影响,使7月平均的辐射特征与典型晴天相比,短波辐射减少了30%左右.辐射收支的季节差别非常明显,季节平均日积分值由大到小依次为夏季、春季、秋季和冬季,冬季的总辐射日总量不到夏季的一半,净辐射只有夏季的1/4多些;总辐射年总量达到6 500MJ.m-2以上,4月沙尘天气对这一地区总辐射有一定的影响.地表反射率整体表现为夏季小、冬季大,年平均值为0.241,比绿洲的大,而小于沙漠地区.而地面有效辐射却在夏季最大,冬季最小,年变化趋势与沙漠地区极为相近;春、夏、秋季有效辐射与吸收辐射之比在0.5左右,冬季增大到0.7以上,年平均分别为0.56,比沙漠的稍小而远大于绿洲地区;地表净辐射年变化与总辐射相同,年总量达到2 360 MJ.m-2,大于沙漠地区而比绿洲地区小很多.

金塔绿洲的辐射平衡特征和地表能量研究

利用2005年5月23日～7月8日在甘肃省金塔绿洲开展的"绿洲系统能量与水分循环过程观测实验"所取得的资料,分析了金塔绿洲不同天气条件的辐射平衡、地表能量收支和土壤温度的日变化规律,并将研究时段内各量的平均值与晴天进行了对比。结果表明:不同天气条件下,辐射平衡和地表能量平衡各分量昼间变化差别较大,夜间也存在一定的差异;土壤温度随净辐射能的变化而变化,随着深度的增加,土壤温度受太阳辐射的影响变小;观测期间辐射平衡、地表能量和土壤温度平均的变化形态与晴天比较接近,云和降水的扰动削弱了除潜热通量外的其它量。

珠穆朗玛峰北坡海拔6523m辐射平衡观测结果分析

利用2005年5月1日至7月22日在东绒布冰川海拔6 523 m的若普拉垭口架设的自动气象站获得的各辐射参数资料,分析了该地区总辐射、地面反射辐射、地面长波辐射、天空长波辐射的日平均变化和平均日变化,并计算了反射率和辐射平衡.结果表明:1)短波辐射的平均日变化都随着太阳高度角的增大而加强,并且总辐射和地面反射辐射的日平均变化有很好的相关性,观测期间二者的月平均值都在5月份最大.由于垭口新降雪较多,雪面的反射率也很高;2)天空长波辐射的平均日变化比地面长波辐射变化滞后2 h,且其日平均变化幅度比地面长波辐射的变化幅度大;3)净辐射的平均日变化随着太阳高度角的变化而变化,下午14:00时净辐射最大,其日平均变化在观测期间整体上有增大趋势.

城市区域下垫面性质和位置差异对太阳辐射平衡的影响

以低纬高原城市昆明为研究对象,利用城市区域内4月、8月、12月的太阳辐射观测资料,对城市区域内不同下垫面性质和位置差异的辐射平衡特征和变化规律进行了研究。结果表明:昆明地区4月的太阳辐射各分量均较高,而多云天气的8月太阳辐射分量较小;屋顶的总辐射量和净辐射量均维持较高的数值,而受周围环境、建筑物遮蔽等影响的草地和球场则数值变化较大;随时间和下垫面的不同,反射辐射呈现较大差异;有效辐射则在多云天的8月呈现较小值(分配率趋于0)。所得结果可为探讨城市气候形成机制及城市气候的深入研究提供依据,并为其它地区的研究提供参考。

绿洲边缘夏季晴天辐射平衡特征和地表能量研究

利用2009年敦煌绿洲边缘稀疏植被下垫面夏季观测资料,从中选取5d资料完整的连续晴好天气,系统分析西北干旱区下垫面夏季典型晴天的地表辐射收支和能量平衡的特征。结果表明:该地区总辐射较大,高于同期华南湿润地区,但低于青藏高原北部,利用加权平均的方法计算出地表反照率平均值为0.234;净辐射与感热和潜热有良好的线性关系,且通过了99%置信度检验,感热比潜热能量输送显著得多,平均波文比为3.08;浅层土壤温度变化剧烈,日变化明显,7.5cm的土壤热导率为0.26W/(m.K),平均土壤容积热容量为0.88×106J/(m3.K);在平衡方程中,土壤热储量不能忽视,在考虑土壤热储量后,该地区白天的能量闭合度平均值为0.91。

利用数字地形模型计算复杂地形下的短波辐射平衡

高山地区的短波辐射平衡由于受到坡度、坡向分异和地形遮蔽的影响,而使得各短波辐射分量在空间分布上的差异十分显著,计算也因此较复杂。本文在前人工作的基础上,全面考虑了坡地自身遮蔽和周围地形遮蔽的影响,利用数字地形模型(DTM)对短波辐射平衡进行了数值模拟。

宁南地区地表特征参数及辐射平衡区域分布

本文利用2001年6月30日LANDSAT-7 ETM+卫星遥感资料和宁夏南部及周边区域22个气象站气象观测资料,求得地表特征参数中NDVI、地表反射率、地表温度和地表辐射平衡各量中地表短波吸收辐射、地表长波辐射区域、大气逆辐射、净辐射的区域分布和分布直方图,将地表分成5类,分类别讨论了其各量分布特征。主要研究结果表明:地表特征参数及地表辐射平衡各量的分布均呈现明显的地带性,各区域分布图上山体、水体的轮廓很显著,主要原因是山上及河流附近生长着茂密的植被,说明植被的分布在相当程度上影响了辐射平衡各量和地表特征参数的分布。

张掖地区春小麦生长期的辐射平衡观测

张掖地区春小麦的反射率在整个生育期内比较稳定，变化范围在１５％－１９％；有效辐射在总辐射中所占比例随小麦的生长而迅速降低，从小麦的三叶期到抽穗期，该比例从３３％下降至２０％，抽穗以后，变化缓慢，最后降为１７％；与有效辐射的情况相反，净辐射在总辐射中的比例随小麦的生长而增加，比值从５０％增至６８％

地气系统辐射平衡特征的观测研究

利用温斯顿编制的美国NOAA卫星第一批 45个月辐射观测资料分析图 ,包括吸收太阳辐射、反射率及射出长波辐射 ,而地—气系统辐射平衡是用公式计算的。首次对地—气系统辐射平衡理论各分量从数值上进行逐月的和年内的纬向分布特征研究。结果表明 :在一年中太阳直射点随时间的推移在南北回归线之间移动 ,地-气系统辐射平衡、吸收太阳辐射、反射率和射出长波辐射的纬向分布 ,和理论说明的变化是完全一致的。这45个月正处于太阳黑子数相对少期 ,该期间的太阳辐射应是偏弱的。

沙漠地区春季的大气浑浊度及沙尘大气对地面辐射平衡的影响

黑河实验区即是亚洲大气沙尘由我国西部向东输送的必经之地，也是其重要的源地之一。本文利用ＨＥＩＦＥ沙漠站１９９１年的观测资料，着重分析了本区春季的大气浑浊度特征及沙尘大气对地面辐射能收支的影响。春季（３—５月）受沙尘暴天气的影响，本区大气的平均状况明显浑浊。每次沙尘暴天气产生的大量沙尘滞留在大气中，约一星期时间大气浑浊度才会恢复到沙尘暴前的天气状况。大气沙尘的尺度分布服从Ｊｕｎｇｅ分布，其消光系数很大。明显浑浊的沙尘大气，减少到达地面的总辐射，增大向下的长波辐射，对地面向上的波长辐射，白天减少，夜间增大。其综合结果是：白天减小地面净辐射能收入。

1997/1998年青藏高原西部地区辐射平衡各分量变化特征

利用中日亚洲季风机制研究计划1997年9月～1998年10月在青藏高原西部改则和狮泉河2个站点自动气象站辐射平衡的观测资料,分析了高原西部2个地区辐射平衡各分量在不同季节的季节平均日变化和年变化特征,并且还与1979年5～8月第一次青藏高原气象科学实验的辐射观测资料和1982,1983年青藏高原辐射平衡观测实验的结果进行了比较分析.结果发现:高原西部辐射平衡各分量的变化不仅有季节之间和年际的差异,高原西部的不同地区之间的变化也有较大的差异:(1)总辐射在春夏两季相差很小,改则春季(3～5月平均)日变化的极大值甚至比夏季(6～8月平均)还大;(2)地表反照率的年际变化及两地之间的差异均可能较大;(3)大气逆辐射日变化、年变化特征与其他辐射分量明显不同,其日变化、年变化的位相均晚于其他分量;(4)两地之间地面辐射平衡的年变化似乎有一个位相差,改则的月平均最大值和最小值均较狮泉河晚了约1个月,因此从冬季到夏季的大部分时间里,改则的地面辐射平衡是小于狮泉河的,而在从夏季到冬季的大部分时间里,改则是大于狮泉河的.

干旱荒漠区土壤水热特征和地表辐射平衡年变化规律研究

利用2000年9月1日至2001年8月31日期间“我国西北干旱区陆气相互作用野外观测试验”在敦煌荒漠取得的陆面过程观测资料,研究了干旱荒漠地表温度、土壤热量通量、土壤湿度和地表辐射分量、地表反照率等物理量的日循环和年循环特征及其影响机制,分析了地表温度极值特征和冻结时段、土壤热量输出和输入特征及土壤湿度的变化规律,探讨了干旱荒漠区土壤水热特征和地表辐射平衡特征所隐含的气候学意义,揭示了土壤水热特征和地表辐射平衡特征与气候和环境的关系．

2011年2月—2012年1月东南极高原辐射平衡观测研究

利用东南极高原熊猫-1自动气象站2011年2月—2012年1月观测的辐射资料和相关资料,对辐射分量和辐射平衡的季节变化进行了研究。结果表明,夏季是东南极高原获得太阳能的主要时段,总辐射通量夏季平均为365.0 W/m2,总量达到2752.1 MJ/m2,占全年总辐射量的58%。各个季节均能出现总辐射瞬时值大于大气顶水平总辐射,春季发生频率最高,冬季最小,总辐射平均日变化呈单峰型。大气长波辐射除夏季外,日变化不明显。冰雪面长波辐射除冬季外,各季节平均日变化呈明显的单峰单谷型。净辐射12月和1月为很小的正值,其他月份为负值。年平均净辐射为-8.7 W/m2,表明地表相对于大气为冷源。该站的辐射平衡特征与其他南极内陆高原站相似,雪面具有强烈的辐射冷却效应,导致净辐射绝对值都小于下降风区。

南极瑞穗站辐射平衡及湍流通量特征

本文利用南极瑞穗站１９７９—１９８０年近地面层微气象及辐射平衡等观测资料，分析了春、夏、秋和冬季辐射平衡分量的日、年变化特征，采用空气动力学方法和廓线梯度迭代法计算了不同季节的动量通量、感热通量和由能量平衡方程得到的潜热通量的日变化特征，并对计算结果进行了比较。文中还对湍流热量交换系数、湍流动量交换系数与理查孙数的日变化关系进行了讨论。

黑河上游阿柔草场冻融过程及其对地表辐射平衡的影响

在黑河上游青海省祁连县阿柔乡取得陆而过程观测资料,分析了冻融过程中土壤水热变化及其对地表反照率、辐射平衡各分量和净辐射的影响.结果表明:下层土壤的始冻期和解冻期均滞后于上层土壤的.冻结速率与气温表现为明显的反相位变化,而自上融化的速率则与气温表现出相同的变化趋势.土壤水分在始冻期和解冻期前后变化很大,而在完全冻结期变化较小.在始冻期前后土壤水分的变化主世是由土壤水的相变和土层间的水分迁移造成的,而解冻期前后的则是土壤水的桕变、降水过程和地表蒸散共同作用的结果.完全冻结期的地表反照率大于始冻期和解冻期的.冻融过程中的总辐射和反射辐射的变化可以分为三个阶段:减小—增加—略微减小.地表向上长波辐射和大气逆辐射的变化则可分成减小-增加-略微增加三个阶段.受太阳短波辐射的控制,净辐射依次表现为减小—增大—增大的变化趋势.

南京冬季城、郊下垫面辐射平衡特征对比分析

市区水泥下垫面是城市各种人为下垫面类型中占比重最大的一种且具有典型的城市化特征,其热力性质明显有别于郊区接近自然的下垫面,这必然造成地表辐射平衡和能量交换过程发生改变,对城市气候产生影响。分析城、郊不同下垫面的辐射平衡特征,有助于进一步了解城市气候的成因和影响机制。本文利用在南京冬末开展的"城市边界层三维结构研究"实验所取得的城、郊水汽、温度和地表辐射平衡及分量观测资料,分析了南京城、郊下垫面近地层的辐射平衡及各分量的变化特征,结果表明:①不同天气条件下城、郊辐射平衡及分量特征有一定差异,尤其在天气转折变化时差异更明显,在晴天时差异最大,在下雪天时差异最小,但多云时更接近各辐射分量城、郊差异的平均特征;②净短波辐射在地表辐射平衡城、郊差异日变化中起主导作用;③在冬季多云时的城市"干岛"效应和雪天时的城市"热岛"效应也是影响城市辐射平衡及各分量城、郊对比差异的重要因子。