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1.
目前涡动相关法被认为是国内外测定CO2、水热通量的最可靠方法。国外应用此方法解决了均匀下垫面假设下森林和农田等生态系统的CO2、水热通量的计算问题,目前致力于非理想下垫面(真实地形)的CO2、水热通量的计算。而国内应用涡动相关技术起步较晚,用此方法测定水热通量已有一定的知识积累,但测定CO2通量还处于资料收集阶段。我国自然生态系统、环境外交和社会经济可持续发展都要求精确查明我国CO2的时空变化特征和动力学机制,这应是今后研究的重点,并提出了应用该方法存在的主要问题及可能的解决方法,指出值得深入研究的领域。 相似文献
2.
本文基于北京325米气象塔在47,140,和280米三层高度的5年涡动相关观测资料,研究了城市下垫面与大气间的CO2交换过程.由于北京市2011年开始实行工作日汽车尾号限行,140米高度CO2通量的年增长率由2008-2010年的7.8％降低到2010-2012年的2.3％.140米高度通量源区内植被比例最小且人口密度最大,因此140米高度的5年平均CO2通量年总量)6.41 kg C m-2 yr-1(大于47米)5.78 kg C m-2 yr-1(和280米)3.99 kg C m-2 yr-1(.在年尺度上,北京汽车总保有量和总人口是最重要的CO2通量控制因子.CO2通量随风向的变化主要与风向对应的通量源区内下垫面土地利用方式有关.三层高度的夏季CO2通量均与道路的比例呈正相关关系.47,140,和280米的决定系数分别为0.69,0.57,和0.54(P＜0.05).植被比例的下降,会导致CO2年总量上升,两者存在近似于指数的关系.城市人口密度的上升会引起CO2年总量上升. 相似文献
3.
半干旱地区地气界面水汽和二氧化碳通量的日变化及季节变化 总被引：19，自引：5，他引：19
采用涡动相关方法连续观测2002年10月到2003年12月半干旱地区地气界面水汽和二氧化碳通量变化,分析水汽和二氧化碳通量的季节和日变化规律,同时比较农田和退化草地两种不同下垫面物质和能量通量交换过程的差异,得到如下一些主要结果:(1)半干旱地区湿季,相距5 km的两种不同下垫面,即使在同一天气过程控制下,不同植被下垫面的降雨分布仍不尽相同,甚至相差很大.这表明降雨空间的分布是很不均匀的,具有很强的局地特征.(2)在干季近地面层能量收支中,两种不同下垫面上的有效能量(净辐射与地表热流量之差)主要分配为感热通量,潜热通量在非生长季(干季)通常很小.在湿季(生长季),潜热通量与感热通量相当,但农田下垫面的潜热通量大于退化草原下垫面.(3)土壤的温度和湿度日变化主要集中在0～20 cm土壤层内,在湿季农田下垫面土壤的湿度有明显的跳跃,这与降雨过程有很好的相关.(4)在非生长季,两种不同下垫面地气间二氧化碳通量差别不大,都很小.白天由于光合作用,在生长季农田下垫面吸收CO2通量较退化草原大,但比湿润地区稻田下垫面小一个量级,远小于森林生态系统. 相似文献
4.
基于淮河流域农田生态系统观测资料的通量研究 总被引：5，自引：2，他引：3
运用寿县国家气候观象台(代表淮河流域农田生态系统)2007年7月至2008年6月通量观测系统的观测资料,分析研究淮河流域农田生态系统的陆气相互作用,统计梯度和涡度数据缺测率,采用空气动力学(梯度)法和涡度相关法,验证通量观测系统观测数据的可靠性,分析CO2通量、潜热通量、感热通量的季节变化与日变化特征及其与下垫面的关系,计算出地表平均反照率、能量闭合率、动量输送系数等。结果表明:通量观测仪器测得的数据可靠,原始资料具有客观性、可用性;CO2等通量存在明显的季节变化,与下垫面状况有密切的关系,日变化均为单峰型分布,由通量观测系统的观测资料计算得到地表平均反照率为0.18,平均能量闭合率为0.92,平均动量输送系数为0.0092。 相似文献
5.
利用涡动相关技术对2007年8月18日～9月12日在内蒙古羊草和大针茅草原样地上进行微气象观测,比较了两种草原生态系统下垫面水汽、CO2通量交换的差异,结果表明:(1)羊草样地的气温、地表温度和水汽压较小;羊草和大针茅样地的地表反射率平均值分别为0.17和0.16;(2)受土壤水分胁迫控制,羊草和大针茅样地的有效能量主要分配为感热通量,平均波文比分别为3.70和2.69,潜热通量在大针茅样地更大,有随着土壤湿度持续减小而减小的趋势;(3)羊草和大针茅样地在观测期间表现为CO2的源,日均释放率分别为0.97 g.CO2.m-2.d-1和0.43 g.CO2.m-2.d-1。受土壤水分胁迫和草地生理作用的控制,日间羊草和大针茅样地都出现了CO2通量的衰减。 相似文献
6.
应用通量方差法估算戈壁绿洲下垫面湍流通量的研究 总被引：3，自引：0，他引：3
利用“绿洲系统能量与水分循环过程观测试验” 2005年绿洲、戈壁点的观测资料, 分析与讨论了温度、水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系, 应用通量方差法对感热、 潜热通量进行了计算, 并同涡动相关系统的观测结果进行了比较。不稳定条件下, 戈壁点温度归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系优于下垫面非均匀性更强的绿洲点, 绿洲点水汽的归一化标准差随稳定度变化的通量方差关系较温度量表现得更好。对同一站点, 归一化温度标准差的通量方差关系并不总是优于水汽的通量方差关系, 其取决于该站点的温度以及水汽的源汇分布情况; 通量方差法对两个站点的感热、 潜热通量均有较好的再现, 但戈壁点感热通量的计算效果优于非均匀性更强的绿洲点。应用通量方差法对潜热通量计算时若采用直接观测的感热通量, 则潜热通量的计算效果具有一定程度的改善。 相似文献
7.
利用2008年6月11～30日在金塔开展的"绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究"期间第一阶段戈壁下垫面大孔径闪烁仪(LAS)的观测资料,用混合对流方法和自由对流方法分别计算了戈壁感热通量。结果表明,对于利用LAS资料计算地表感热通量的方法中,混合对流方法相对于自由对流方法更加适用,且混合对流方法中Andreas给出的参数相对于DeBruin的参数更加适用于戈壁下垫面。此外,LAS测得的感热通量相对涡动相关方法的值较大,提高了地表能量闭合度。 相似文献
8.
北京城市通量足迹及源区分布特征分析 总被引：2，自引：1，他引：1
城市下垫面具有不同于其他下垫面的特殊复杂性,通量的源汇分布十分不均,导致直接测量以及定量的描述城市中水汽、二氧化碳等通量变得非常困难。涡动观测系统在城市通量观测中得到广泛应用,但由于涡动协方差观测系统传感器都架设在一定的高度上,其测量结果只反映特定点下垫面或某部分下垫面的物理过程,不能说明观测结果是否具有下垫面属性的代表性,无法反映观测通量的空间变异性。足迹函数(Footprint)的产生就是为了解决这一问题,其又称源权重函数,是描述近地面层表面源或汇的空间分布和仪器观测通量值之间关系的函数。本文采用北京325 m气象塔近1年7层涡动协方差观测数据、超声数据,分析了不同风向、不同稳定度、不同高度下足迹函数所表达的通量贡献区域范围的变化规律。结果表明,在大气稳定条件下时,通量贡献区范围的大小与主风向无显著差异,而不稳定条件下计算结果与主风向无关。在不同高度下所有稳定条件下通量贡献区范围要大于不稳定条件,中性条件则介于两者之间。8 m、16 m高度上的观测结果不能完全代表城市下垫面通量贡献区,47 m以上能够代表城市下垫面通量贡献区,280 m则已经包含了郊区和城区的权重平均。同一大气稳定度条件下,高度越高通量贡献区范围越大,90%通量贡献区范围与观测高度成线性关系,这种线性关系可以预测没有观测高度或者更高处的通量贡献区范围。 相似文献
9.
采用涡动相关法对青藏高原唐古拉地区高寒草甸生态系统在2007年CO2通量及活动层水热动态进行了连续观测。结果表明, 各月CO2通量日变化均呈单峰型, 日通量峰值一般出现在中午, 最大排放峰值出现在5月, 为0.29 g·m-2·h-1; 最大吸收峰值出现在8月, 为-0.25 g·m-2·h-1, 除7月和8月CO2通量日变化表现出吸收特征外, 其余各月均表现为排放特征。与青藏高原连续多年冻土周边地区相比, 唐古拉地区CO2通量日变化峰值明显偏小。CO2通量季节变化呈双峰型, 表现为春\, 秋季强排放、 夏季弱吸收和冬季弱排放。5月为CO2通量全年最大排放月, 排放量为132.4 g·m-2; 8月为CO2通量全年最大吸收月, 吸收量为-37.7 g·m-2。春\, 秋季, CO2通量与5 cm土壤温度和未冻水含量变化呈显著的正相关关系, 而夏季与5 cm土壤温度变化呈显著的负相关关系, CO2通量对光合有效辐射变化基本没有响应。 相似文献
10.
利用2005年7月盘锦芦苇湿地生长旺季的小气候梯度系统30 min观测资料和开放式涡动相关系统10Hz原始观测资料,比较并分析了廓线法、波文比能量平衡法与涡动相关法计算的芦苇湿地生态系统水热通量。结果表明:廓线法与波文比能量平衡法计算的芦苇湿地生态系统水热通量与涡动相关法得到的芦苇湿地生态系统水热通量具有较好的相关性,但是涡动相关法存在能量不平衡。分析盘锦芦苇湿地生态系统水热通量的日变化发现,能量平衡各分量基本上以正午为中心,呈倒“U”型分布。用波文比法计算得到的芦苇湿地生态系统日感热通量最大值为164.25 W.m-2,日潜热通量最大值为294.18 W.m-2。降雨之后,芦苇湿地生态系统水热通量都有所增加,尤其是潜热通量增加显著,且峰值出现时间提前。 相似文献
11.
Using land-use types derived from satellite remote sensing data collected by the EOS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (EOS/MODIS), the mesoscale and turbulent fluxes generated by inhomogeneities of the underlying surface over the Jinta Oasis, northwestern China, were simulated using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS4.4). The results indicate that mesoscale circulation generated by land-surface inhomogeneities over the Jinta Oasis is more important than turbulence. Vertical heat fluxes and water vapor are transported to higher levels by mesoscale circulation. Mesoscale circulation also produces mesoscale synoptic systems and prevents water vapor over the oasis from running off. Mesoscale circulation transports moisture to higher atmospheric levels as the land-surface moisture over the oasis increases, favoring the formation of clouds, which sometimes leads to rainfall. Large-scale wind speed has a significant impact on mesoscale heat fluxes. During the active phase of mesoscale circulation, the stronger large-scale winds are associated with small mesoscale fluxes; however, background wind seems to intensify the turbulent sensible heat flux and turbulent latent heat flux. If the area of oasis is enlarged properly, mesoscale circulation will be able to transport moisture to higher levels, favoring the formation of rainfall in the oasis and protecting its "cold island" effect. The impact of irrigation on rainfall is important, and increasing irrigation across the oasis is necessary to protect the oasis. 相似文献
12.
Measurement of the Sensible Eddy Heat Flux Based on Spatial Averaging of Continuous Ground-Based Observations 总被引：1，自引：0，他引：1
M. Mauder R. L. Desjardins E. Pattey Z. Gao R. van Haarlem 《Boundary-Layer Meteorology》2008,128(1):151-172
Using the standard eddy-covariance (EC) method to quantify mass and energy exchange at a single location usually results in
an underestimation of vertical eddy fluxes at the surface. In order to better understand the reasons for this underestimation,
an experimental set-up is presented that is based on spatial averaging of air temperature data from a network of ground-based
sensors over agricultural land. For eight days during the 34-day observational period in May and June 2007, additional contributions
to the sensible heat flux of more than 50Wm−2 were measured in the lower surface layer by applying the spatial EC method as opposed to the standard temporal EC method.
Smaller but still significant additional sensible heat fluxes were detected for four more days. The additional energy is probably
transported in organised convective structures resulting in a mean vertical wind velocity unequal to zero at the tower location.
The results show that convective transport contributes significantly to the surface energy budget for measurement heights
as low as 2–3 m. Since these structures may be quasi-stationary, they can hardly be captured by a single-location measurement.
The spatial EC set-up presented here is capable of quantifying contributions to the sensible heat flux from structures up
to the scale of our spatial sensor network, which covered an area 3.5 × 3.5 km. For future experiments aiming at closing the
energy balance, the spatial EC method should be employed to measure both the sensible and latent heat fluxes. Experimental
determination of the horizontal advection of sensible and latent heat should also be considered, since such transport must
occur due to convergence and divergence related to convection. 相似文献
13.
A variational data assimilation method is proposed to estimate the near-surface soil moisture and surface sensible and latent heat fluxes.The method merges the five parts into a cost function,i.e.,the differences of wind,potential temperature,anti specific humidity gradient between observations and those computed by the profile method,the difference of latent heat fluxes calculated using the ECMWF land surface evaporation scheme and the profile method,and a weak constraint for surface energy balance.By using an optimal algorithm,the best solutions are found.The method is tested with the data collected at Feixi Station (31.41°N,117.08°E) supported by the China Heavy Rain Experiment and Study (HeRES) during 7-30 June 2001.The results show that estimated near-surface soil moistures can quickly respond to rainfall,and their temporal variation is consistent with that of measurements of average soil moisture over 15-cm top depth with a maximum error less than 0.03 m~3 m~(-3).The surface heat fluxes calculated by this method are consistent with those by the Bowen ratio method,but at the same time it can overcome the instability problem occurring in the Bowen ratio method when the latter is about-1.Meanwhile,the variational method is more accurate than the profile method in terms of satisfying the surface energy balance.The sensitivity tests also show that the variational method is the most stable one among the three methods. 相似文献
14.
Heping Liu James T. Randerson Jamie Lindfors William J. Massman Thomas Foken 《Boundary-Layer Meteorology》2006,120(1):65-85
We present an approach for assessing the impact of systematic biases in measured energy fluxes on CO2 flux estimates obtained from open-path eddy-covariance systems. In our analysis, we present equations to analyse the propagation of errors through the Webb, Pearman, and Leuning (WPL) algorithm [Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 106, 85–100, 1980] that is widely used to account for density fluctuations on CO2 flux measurements. Our results suggest that incomplete energy balance closure does not necessarily lead to an underestimation of CO2 fluxes despite the existence of surface energy imbalance; either an overestimation or underestimation of CO2 fluxes is possible depending on local atmospheric conditions and measurement errors in the sensible heat, latent heat, and CO2 fluxes. We use open-path eddy-covariance fluxes measured over a black spruce forest in interior Alaska to explore several energy imbalance scenarios and their consequences for CO2 fluxes. 相似文献
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放牧强度对内蒙古半干旱草原地气间能量和物质交换的影响 总被引：2，自引：1，他引：1
利用涡度相关技术, 于2006年7月27日至8月10日在内蒙古半干旱草原三种放牧强度的下垫面进行微气象观测。本文分析了放牧强度对内蒙古半干旱草原地气间能量和物质交换的影响, 发现: (1)放牧降低植被覆盖率, 使地表反射率增大。(2)放牧使潜热通量减小。而放牧强度最大的锡林河河道潜热通量最大,表明土壤水分状况是半干旱草原地表能量收支的决定性因素。(3)羊草和冬季放牧观测点日平均CO2通量分别为-1.92 g?m-2?d-1和0.73 g?m-2?d-1, 表明放牧可以使草地由CO2的汇转变为源。锡林河河道为CO2的汇, 日平均CO2通量-3.35 g?m-2?d-1, 与羊草比较, 锡林河河道吸收CO2更多, 表明土壤湿度是影响半干旱草原CO2通量交换的重要因素。(4) 放牧通过减小叶面积指数, 减弱植被的光合作用能力。 相似文献
16.
城市近地层湍流通量及CO2通量变化特征 总被引：1，自引：0，他引：1
利用北京325m气象塔47m高度上2006年全年连续观测获得的湍流资料,分析了北京城市近地层动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的典型日变化、月平均日变化和季节变化特征。分析结果显示:动量通量具有明显的单波峰日变化特征,在15时(北京时间)左右达到最大,季节变化中春季最大,冬季次之,夏、秋季最小;感热通量和潜热通量全年变化范围分别为-92～389W.m-2和-75～376W.m-2,其日变化也表现为单波峰特征。感热通量的日变化受城市下垫面和人为热源影响,入夜后虽然降为负值,但只略小于0。阴雨天感热通量和潜热通量均很小,降雨前后有明显区别。感热和潜热最大值分别在春季3月和夏季6月,最小值都在冬季1月;城市下垫面CO2通量总表现为正值,即净排放,最大值为3.88mg.m-2.s-1,不稳定情况下最小值小于-2mg.m-2.s-1。受到人类活动的影响,CO2通量的日变化特征在工作日与周末有明显区别;由于冬季采暖,CO2通量明显大于夏季;在夜间,CO2通量受进城车辆的影响也出现高值。 相似文献
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半干旱区不同下垫面近地层湍流通量特征分析 总被引：11，自引：3，他引：8
本文分析了2003～2005年半干旱区退化草地和农田下垫面近地层湍流通量日、季、年的变化特征, 探讨了不同年份的气候背景和下垫面土地覆被对地气交换过程的影响。结果表明: 半干旱区退化草地和农田近地层湍流通量具有明显的日变化、季变化周期; 地气间通量交换年际间的差异主要受当年的气候背景影响, 尤其是降水的影响; 同时还受到下垫面覆被的影响。潜热通量和感热通量的能量分配比率呈反位相变化, 且农田和退化草地的变化趋势相似, 在夏季潜热通量所占比例均超过感热通量; 两种下垫面的波恩比月均值变化趋势十分相似, 量级接近, 夏季低, 春、秋季高; 夏季退化草地和农田下垫面波恩比均小于或等于1。 相似文献