若尔盖高寒湿地夏季近地面水平热平流对地表能量闭合度的影响研究

近地面能量不闭合问题一直以来都是陆面过程研究的一个重要的科学问题,且在非均匀湿地下垫面的近地面尤为突出。利用中国科学院若尔盖高原湿地生态系统研究站花湖观测场的地面风场和温度场数据,计算了由湿地下垫面热力非均匀性引起的水平热平流,并分析了考虑水平热平流后地表能量平衡的变化。结果表明:2017年夏季若尔盖湿地近地面水平热平流的白天均值为22.9 W·m^(-2),最大值可达58.7 W·m^(-2)。将水平热平流和热储存项引入地表能量平衡方程后,夏季能量闭合度由41.8%提升至67.9%,其中水平热平流的贡献为5.8%,土壤热储存的贡献为20.1%,空气与植物光合作用热储存的贡献为1.0%。若尔盖湿地近地面水平热平流日变化量级与感热通量相当,日变化最大值约为湿地土壤热储存的1/3,对湿地地表能量平衡的影响不容忽视。

黄河源高寒湿地-大气间水热和碳交换通量日变化特征的观测分析

黄河源区高寒湿地-大气间的水分和热量及碳交换过程是影响青藏高原气候变化的主要因素之一。本文从2013年7月16日至10月19日期间黄河源区麻多湿地下垫面湍流通量涡动相关系统和气象站观测资料中,每月选取3~4天晴天条件下的观测数据,分析了黄河源麻多湿地-大气间感热通量、潜热通量和CO_2通量的日变化特征,并探讨了近地面能量平衡闭合度。结果表明:黄河源高寒湿地下垫面潜热通量和感热通量有日变化过程,日出后水分和热量交换通量逐渐增高,峰值均出现在12:00—16:00(北京时,下同)。在2013年夏季,黄河源湿地下垫面感热通量的最高值出现在9月15:30,达到了150.0 W·m^(-2),潜热通量的最高值出现在7月16:00,达到了300.0 W·m^(-2)。黄河源高寒湿地生态系统的能量消耗主要以潜热为主,近地面能量的闭合度较差,达到了48.8%。湿地净生态系统的CO_2交换通量日变化特征呈"U"型曲线,在整个植被生长季节的日变化过程中,日出后湿地系统吸收大气中的CO_2,净生态系统CO_2交换量NEE(Net Ecosystem Exchange)为负,中午达负极值,极值为-0.55 mg·m^(-2)·s^(-1),出现在7月21日12:30;夜间下垫面释放CO_2,NEE为正。进一步分析结果表明:CO_2交换通量的变化动态范围受空气温度、太阳辐射和植被冠层的影响明显。

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%。