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我国黄土高原地区地处夏季风边缘,分布在气候和生态过渡带,气候环境的空间差异很大,对陆面能量的空间分布格局影响非常显著.然而,由于受该地区陆面过程观测站点较少的局限,对整个黄土高原区域陆面能量的空间分布规律及其影响机制的认识十分有限.在对CLM模式模拟的陆面能量平衡分量资料进行试验验证的基础上,利用CLM模式模拟的近30年黄土高原地区陆面能量平衡分量资料,分析了该地区近30年平均陆面能量平衡分量的空间变化特征以及与最干燥年和最湿润年的差异,研究了陆面能量平衡分量空间分布与经、纬度和海拔高度等地理因素及降水和气温等气候因子之间的关系.发现,黄土高原地区陆面能量平衡分量空间差异非常显著,地表净辐射和感热通量由南至北增加,潜热通量和土壤热通量从东南向西北减少;空间最干格点和最湿格点之间的地表感热、潜热和土壤热通量几乎相差1倍左右,地表能量分配由最干格点的感热通量主导转变为最湿格点的感热和潜热平分秋色;年际干湿波动对地表能量平衡分量的影响也相当显著,对感热和潜热通量的改变幅度最大接近30%.而且,经纬度和海拔高度等地理因素及温度和降水等气候要素均与陆面能量平衡分量空间分布有一定的相关性,但地表净辐射与海拔高度和纬度的关系更密切,感热通量与降水和纬度的关系更密切,而潜热和土壤热通量只与降水的关系比较密切. 相似文献
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陆面过程模式是气候模式和天气模式的核心组成部分之一.在土壤—植被—大气耦合模式(Soil-PlantAtmosphere Model,SPAM)的基础上,发展了新一代北京大学陆面过程模式PKULM(Peking University Land Model).本文首先介绍了PKULM的辐射传输、湍流输送、光合作用、土壤水热输送等过程的参数化方案;采用隐式迭代计算框架,发展并应用了一个快速的线性方程组求解算法,提高了模式计算稳定性;提出并使用了二分搜索算法计算气孔阻抗,避免了CLM(Community Land Model)等使用的迭代方法在干旱区不稳定的情况,提高了模式的适用性;采用水势为基础的土壤水分扩散方程,使模式能够模拟土壤饱和区的水分输送过程,为进一步与水文过程模式耦合奠定了基础;还发展了一个地表积水与径流过程的机理模型,提高了模式对地表水分平衡过程的模拟能力;最后,使用"中国西北干旱区陆—气相互作用观测试验"平凉站的资料对模式进行了检验并与NOAH(National Center for Environmental Prediction,Oregon State University,Air Force,and Hydrology Lab model)陆面过程模式的模拟结果进行了比较,结果表明PKULM能够较好地模拟西北半干旱区农田下垫面地气交换过程. 相似文献
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沙漠地区植被稀疏、干旱少雨,其陆面物理过程具有与全球其它地区显著不同的特点.本文利用巴丹吉林沙漠观测资料,分析和计算了地表反照率、比辐射率、粗糙度和土壤热容量、热传导系数等关键陆面过程参数,建立了适合于沙漠地区的陆面过程模式DLSM (Desert Land Surface Model),并与NOAH陆面过程模式的模拟结果和观测资料进行了比较.结果表明:巴丹吉林沙漠地表反照率为0.273,比辐射率为0.950,地表粗糙度为1.55×10-3 m,土壤热容量和热扩散系数分别为1.08×106 J·m-3·K-1和3.34×10-7 m2·s.辐射传输、感热输送和土壤热传导过程是影响沙漠地区地表能量平衡的主要物理过程.通过对这三种过程的准确模拟检验,DLSM能够较准确地模拟巴丹吉林沙漠地气能量交换特征;短波辐射、长波辐射和感热通量的模拟结果与观测值间的标准差分别为7.98,6.14,33.9 W·m-2,与NOAH陆面过程模式的7.98,7.72,46.6 W·m-2的结果接近.地表反照率是沙漠地区最重要的陆面过程参数,地表反照率增大5%,向上短波辐射通量随之增加5%,感热通量则减小2.8%.本文研究结果对丰富陆面过程参数化方案,改进全球陆面过程模式、气候模式具有参考意义. 相似文献
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基于水平衡模型的呼伦湖湖泊水量变化 总被引：2，自引：2，他引：0
针对北方寒旱区呼伦湖水位下降、水面萎缩的现象,根据气候特征,利用月水量平衡模型探究湖泊水文过程并揭示其变化规律.在此基础上,利用不同气候条件下各水平衡项对于湖泊水位的影响程度确定水位升降的直接原因.基于1963-1980年间水位的实测数据,根据水量平衡原理及其他辅助计算判断出湖泊与周边区域存在着地下水的交换,且具有一定的规律性,即历年11月至次年3月期间的累积降雪融化渗入土壤中形成浅层径流补给湖泊,而7、8月份湖泊补给周边草原.基于以上规律,根据周边坡面汇流、地下水与湖泊交换量的年内变化特征,利用水平衡方程式推算湖泊1981-2008年逐月水位变化,并与其他研究成果比较,吻合度较高.不同气候条件下,径流量对于湖泊水位的影响程度最为突出,是水位变化的主控因子. 相似文献
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中国通量观测网络(ChinaFLUX)能量平衡闭合状况的评价 总被引：24，自引：2，他引：24
涡度相关观测网络能够对生态系统的水碳通量及其气候背景资料进行长期观测,能量平衡闭合状况作为通量观测数据评价的一个重要参考指标,备受通量界研究者的重视.本研究运用OLS(OrdinaryLeastSquares)、RMA(ReducedMajorAxis)、EBR(EnergyBalanceRatio)和δ频率分布四种统计方法对湍流通量(显热和潜热)与有效能量(净辐射、土壤热通量、冠层热储量)的关系进行了分析,对ChinaFLUX各站点的能量平衡闭合状况进行了综合评价,给出了能量平衡闭合程度日变化和季节变化趋势.研究结果表明各站点能量平衡都没有完全闭合,但因站点的条件不同,其不闭合程度略有差异;在夜间不闭合的程度比白天更加明显;闭合程度随摩擦风速的增大而有所改善.总体来说,在现有通量观测系统中,显热和潜热湍流通量往往会被低估,而有效能量项则会被高估.最后讨论了通量观测中的采样误差、仪器测量可能产生的系统偏差、其他能量吸收项的作用、高频与低频湍流通量损失以及平流作用对能量平衡闭合状况的影响. 相似文献
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土壤的冻结和融化是土壤内部的重要物理过程,其冻融界面位置的移动影响土壤水热特性以及陆面和大气之间的水分能量交换,从而对陆面水热过程产生重要影响.本研究将土壤冻结和融化问题归结为考虑水热耦合的多运动边界问题,利用局部自适应变网格法进行数值离散,发展了考虑冻结和融化界面位置的移动对水热过程影响的土壤水热耦合模型.该模型基于陆面模式分层结构的敏感性试验表明:它能同时连续地追踪多个冻融界面,克服了等温线法在同一土壤层不能同时模拟多个冻融界面的困难,比高分辨率情形下的计算效率提高数倍且计算稳定.利用站点观测对土壤冻融界面的位置、土壤温度和未冻水含量所进行的模拟验证,进一步表明了该模型的合理性以及应用于陆面过程模式的模拟潜力. 相似文献
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湖泊蒸发量的准确估算对于水文学、气象学和湖泊学等研究有重要的意义.基于2013-2015年太湖水量收支资料、气象观测数据和稳定同位素观测资料,采用稳定同位素质量守恒模型、水量平衡法和Priestley-Taylor模型估算太湖蒸发量,分析太湖蒸发量的季节变化和年际变化特征,并以Priestley-Taylor模型结果为参考值,评价水量平衡法和同位素质量守恒方程的计算精度.结果表明:5-9月太湖蒸发量较高,冬季最低.2013-2015年太湖年总蒸发量分别为1069、894和935 mm,蒸发量的年际变化受到天气条件的影响.2013年12月2014年11月期间,用Priestley-Taylor模型计算的湖泊蒸发量为885 mm;同位素质量守恒模型的估算结果较一致,为893 mm;而水量平衡方程的估算结果明显偏高,为1247 mm. 相似文献
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利用中尺度模式WRFV2.2及NCEP再分析资料,以24h短期天气模拟的方式,模拟了我国2003年7月下旬江南及华南地区的高温天气,检验了模拟高温对不同陆面方案的敏感性.结果表明,模式总体上能模拟出≥35℃的气温分布形势,但模拟高温对不同陆面方案比较敏感,在模拟强度、TS评分及误差上存在较大差异,如从评分来看,SLAB方案模拟最好,RUC次之,NOAH再次之;不同陆面方案能模拟出方案之间的系统性差异,如三个方案中SLAB方案模拟平均绝对误差最小,模拟低层西太平洋副热带高压脊线最为偏东;不同的陆面方案主要通过模拟地表感热通量的变化影响地面气温变化,由不同方案引起的环流变化与地面气温变化之间的正反馈机制不重要,甚至在主要高温区存在＂负＂反馈.改进陆面方案对提高地面气温的数值预报能力具有重要意义. 相似文献
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本文利用中尺度模式Weather Research and Forecasting Model (WRF) 3.1版本及National Centers for Environmental Prediction (NCEP)分析资料,就2003年6月下旬我国江淮及南方地区的强降水事件, 以24 h短期天气模拟的方式,研究了模式中四个不同陆面方案对降水模拟的影响.结果表明,此次暴雨事件模拟对不同陆面方案是比较敏感的,模拟区域内雨量级别越高,不同方案的TS评分差异就越大,较大范围雨量可存在30%的差异,四种方案的暴雨中心值可存在100%～150%的较大差别;不同陆面方案还导致了模拟平均感热通量及潜热通量的系统性差异,这些差异的分布具有地域特点;陆面方案通过两种机理对模拟降水产生重要影响,即主要影响地表蒸发量,以及主要影响低层环流及水汽辐合,从而分别影响模拟的较大范围降水(如,平均约7%、最大约30%的较大范围雨量差异)及包含模拟降水中心的较小范围暴雨(如,方案间暴雨中心雨量可存在100%～150%的较大差别).可见,不同陆面过程可从不同空间尺度、不同程度上影响暴雨天气,改进陆面方案可以提高WRF模式对暴雨的模拟能力. 相似文献
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利用WRF模式探讨了两种近地层参数化方案(MM5方案和Eta方案)对2013年5月31日海南岛一次海风降水过程模拟的影响.结果表明,改变近地层方案可对当地的海风环流及相应的降水特征产生明显影响,两个试验最重要的差别主要体现在模拟的海风及降水的强度差异上,与MM5试验相比,Eta试验的低层海风及辐合程度更强,相应的降水也更强,表现为岛屿总格点降水量、大于10mm的降水区域、最大格点降水三个量化指标均比较大.通过分析两种方案在不同降水阶段的地表通量及近地层变量场,发现Eta试验模拟的降水前环境场更有利于对流的启动,随着午后热力湍流的不断增强,将MM5方案替换为Eta方案可使近地层感热通量、潜热通量分别增加约3.57%、5.65%,动量通量减小约10.79%,感热、潜热的增加使Eta试验中近地层大气的加热加湿作用更加明显,相应的低层大气不稳定度更高,再配合海风锋前较强的辐合上升运动,局地不稳定能量的释放变的更加容易,因此降水强度更大. 相似文献
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湖泊模型为数值天气预报模型提供热量通量、水汽通量和动量通量等下边界条件,但是不同时间尺度上湖泊水热通量变化的控制因子不同,因此有必要对湖泊模型进行多时间尺度上的离线评估.本文利用2012-2016年太湖中尺度通量网避风港站的气象资料和辐射数据驱动CLM4-LISSS模型(Community Land Model version 4-Lake,Ice,Snow and Sediment Simulator),并与涡度相关观测(Eddy Covariance,EC)结果进行对比,以年平均潜热通量模拟结果最佳为目标调整了模式中的消光系数、粗糙度长度方案,研究了该模型从半小时到年尺度上对湖表温度和水热通量的模拟性能.结果表明:模型对湖表温度的模拟在各时间尺度上均比较理想,但是模拟的日较差较小;从半小时到年尺度上潜热通量的变化趋势都能被很好地模拟出来,但在季节尺度上,潜热通量的模拟出现了秋冬季偏高、春夏季偏低的情况,季节变化模拟不准确.湖表温度和潜热通量模拟偏差的原因可能是消光系数的参数化方案.相比之下,感热通量尽管年际变化趋势的模拟值与观测值一致,但是从半小时到年尺度均被高估.特别地,冷锋过境期间,模型能较好地模拟出潜热通量和感热通量的变化趋势,但对于高风速条件下的感热通量模拟效果不佳.本文的研究结果能为湖泊模式的应用与发展提供有用信息. 相似文献
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Observational estimation of heat budgets on drifting ice and open water over the Arctic Ocean 总被引：9，自引：0，他引：9
It is of major scientific interests to determine the parameters of momentum, heat and vapor exchange in the planetary boundary layer in order to study the effects of ocean-ice-atmosphere interactions and their feedback mechanisms on global climate[1]. Lin… 相似文献
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Data collected every 20 minutes for 18 months by a meteorological buoy moored on Lake Sempach in Switzerland (maximum depth
86 m, surface area 14.1 km2) are used to calculate different processes contributing to the net heat flux between water and atmosphere. The processes
considered are shortwave and longwave radiation, evaporation/condensation and sensible heat transfer. The temporal resolution
of the measurements allows the evaluation of the processes occurring on three different time scales: diurnal variations, weather
events of a few days and yearly cycles. The heat content of the lake is calculated from quasi-continuous measurements of water
temperature at different depths. The yearly amplitude of the heat content is 1100·106 J/m2. Short-time variations of the heat flux determined from water temperature analysis agree well with the flux variations modeled
using meteorological data. However, the latter generally underestimates the measured net heat flux in the long term. Wind
measurements, together with the net heat flux, are used to calculate the Flux Richardson Number and the Monin-Obukov Length.
Examples are given to show the predominant influence of the wind on the stratification of the upper water column and thus
on the surface water temperature.
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Energy balance closure at ChinaFLUX sites 总被引：1，自引：0，他引：1
Network of eddy covariance observation is measuring long-term carbon and water fluxes in contrasting ecosystems and climates. As one important reference of independently evaluating scalar flux estimates from eddy covariance, energy balance closure is used widely in study of carbon and water fluxes. Energy balance closure in ChinaFLUX was evaluated by statistical regression of turbulent energy fluxes (sensible and latent heat) against available energy (net radiation, soil heat flux, canopy heat storage) and the energy balance ratio (EBR) and the frequency distribution of relative errors of energy balance (δ). The trends of diurnal and seasonal variation of energy balance in ChinaFLUX were analyzed. The results indicated that the imbalance was prevalent in all observation sites, but there were little differences among sites because of the properties variation of sites. The imbalance was greater during nocturnal periods than daytime and closure was improved with friction velocity intensifying. Generally the results suggested that estimates of the scalar turbulent fluxes of sensible and latent heat were underestimated and/or that available energy was overestimated. Finally, we discussed certain factors that are contributed to the imbalance of energy, such as systematic errors associated with the sampling mismatch, systematic instrument bias, neglected energy sinks, low and high frequency loss of turbulent fluxes and advection of heat and water vapor. 相似文献
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运用国际能量平衡实验(EBEX-2000)的湍流、净辐射和土壤观测资料,运用涡动相关法分析了非均匀灌溉引起的热内边界层发展条件下近地层感热、潜热通量特征,并对有无灌溉两种条件下的能量闭合度进行了对比分析.在计算感热、潜热通量过程中,分别将Schotanus订正和Webb订正纳入了考虑范围,研究了两种订正方法对计算湍流热通量的影响.研究结果发现,由于非均匀灌溉生成的热内边界层使得近地层感热通量受到抑制,潜热通量出现波动,该现象在8.7 m比2.7 m 更为显著.非均匀灌溉导致的热内边界层的存在使得近地层能量闭合度偏低,能量平衡比率约为0.65;而没有热内边界层存在时,近地层能量平衡比率约为0.70.本实验中,Schotanus订正使得感热通量显著减小,其订正量日平均值约为-8 W/m2,占净辐射的近4%;Webb订正量日平均值约为2 W/m2,对能量平衡的影响较小. 相似文献
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《中国科学D辑(英文版)》2006,(Z2)
In order to discuss the values and daily variation characteristics of heat storage fluxes in a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, the sensible and latent heat storage flux within air column, canopy heat storage flux, energy storage by photosynthesis and ground heat storage above the soil heat flux plate, as well as the ratios of these heat storage fluxes to the net radiation in the cool-dry, hot-dry and rainy season were compared and analyzed based on the observation data of carbon fluxes, meteorological factors and biomass within this tropical seasonal rain forest from January 2003 to December 2004. The findings showed that heat storage terms ranged significantly in the daytime and weakly in the nighttime, and the absolute values of sensible and latent heat storage fluxes were obviously greater than other heat storage terms in all seasons. In addition, the absolute values of total heat storage fluxes reached the peak in the hot-dry season, then were higher in the rainy season, and reached the minimum in the cool-dry season. The ratios of heat storage fluxes to net radiation generally decreased with time in the daytime, moreover, the sensible and latent heat storage dominated a considerable fraction of net radiation, while other heat storage contents occupied a smaller fraction of the net radiation and the peak value was not above 3.5%. In the daytime, the ratios of the total heat storage to net radiation were greater and differences in these ratios were distinct among seasons before 12:00, and then they became lower and differences were small among seasons after 12:00. The energy closure was improved when the storage terms were considered in the energy balance, which indicated that heat storage terms should not been neglected. The energy closure of tropical seasonal rain forest was not very well due to effects of many factors. The results would help us to further understand energy transfer and mass exchange between tropical forest and atmosphere. Moreover, they would supply a research basis for studying energy closure at other places. 相似文献