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第32届中国气象学会年会

作者：李照国吕世华文莉娟奥银焕赵林张少波中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室

1引言近些年来,非均匀下垫面和特殊气象条件下的大气边界层研究日益受到重视,较为突出的有湖泊以及干旱荒漠区中绿洲等;这种非均匀性不仅存在各子系统之间的相互作用,内边界层特征也非常显著[1]。一般意义上,地表通量的变化在改变地表... 详细信息

1引言近些年来,非均匀下垫面和特殊气象条件下的大气边界层研究日益受到重视,较为突出的有湖泊以及干旱荒漠区中绿洲等;这种非均匀性不仅存在各子系统之间的相互作用,内边界层特征也非常显著[1]。一般意义上,地表通量的变化在改变地表能量和水分平衡过程的同时,也会通过大气边界层这个纽带对气压场、流场、温度场产生作用,影响对流系统的启动和发展,进而引起天气气候的变化[2]。平均海拔超过4000 m的青藏高原,太阳辐射强烈,空气密度仅有海平面的500%,独特的气候环境导致湖泊大气相互作用呈现特殊性[3]。本文利用2012年夏季黄河源区鄂陵湖的探空资料,以一次典型的干冷空气入侵为例,分析了干冷空气过境对湖区天气过程、边界层结构和地表热量交换的影响,揭示了这一过程中水陆不同下垫面热量交换的差异及其对大气边界层结构的影响,有助于加深对高原地区湖泊大气边界层特征的认识,为青藏高原陆面过程和边界层参数化的改进提供参考。2数据资料鄂陵湖位于青藏高原东部的黄河源区,面积610 km2,平均深度17 m,海拔4274 m。扎陵湖(526 km2)位于鄂陵湖西侧。该地区年均气温-3.7°C,年均降水量321.4 mm(1953-2012年)。2012年7月下旬至8月初,在鄂陵湖西岸开展了GPS探空观测。其中7月28至29日和7月30日夜间至8月1日早晨,探空仪每3小时释放一次,连续性好,是本文分析的重点;29日夜间至30日傍晚因下雨而未观测。为了便于比较,在7月28-31日,还在鄂陵湖以东30 km外的玛多气象站开展了同步探空观测,两地海拔相近。除了探空外,鄂陵湖地区还架设有湖面和陆地通量观测系统以及20 m的梯度观测塔。探空使用的International Met Systems公司生产的i Met-1-AB型GPS探空仪,数据采集频率为1.0 Hz。3结论通过对2012年夏季黄河源区鄂陵湖一次干冷空气过境前后GPS探空资料的分析,得到以下结论:(1)干冷空气过境前,湖区对流边界层高度白天小于100 m,夜间较高,可以达到400-600 m,与不受湖泊影响的陆地显著不同;干冷空气到来后,鄂陵湖上空风速增大,大气温度和比湿大幅下降,白天对流边界层高度达到1000 m,夜间爆发性增长到2000 m以上,甚至超过了平时邻近地区的陆地边界层高度。(2)冷空气过境前,湖面感热的日累积量仅为陆地的40%左右;冷空气入侵后,气温骤降,湖水巨大的热容量导致湖表温度的降幅远小于地表温度,水气温差迅速增加而地气温差急剧减小,陆地与湖泊的感热累积量此消彼长,这一阶段湖面的感热累积值几乎与平时晴天的陆地相当,为湖泊对流边界层的爆发式增长提供了较强的热动力。冷空气到来后,风速增大并且垂直方向的风切变增强,有助于湖面热通量的增加和对流边界层的增长。(3)受制于湖泊与陆地热力性质的巨大差异,湖泊沿岸地区大气边界层存在跃变和不连续性,在探空廓线中得到体现,湖泊与陆地两种边界层的相互侵袭受到局地风场环流的显著影响。

关键词：湖泊大气边界层非均匀下垫面冷空气感热通量

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光伏电站对荒漠地区土壤温度的影响研究

光伏电站对荒漠地区土壤温度的影响研究

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2015中国光伏大会暨第十五届中国光伏学术年会

作者：杨丽薇高晓清惠小英中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室 730000

利用格尔木大型光伏电站内外一整年的观测资料，对比分析了站内外的土壤温度变化特征，结果表明：在土壤浅层，站内外土壤温度日变化差异明显，5cm层土温日最大值相差9.7℃，土壤温度日较差站内明显低于站外，光伏装置具有保温作用。站... 详细信息

利用格尔木大型光伏电站内外一整年的观测资料，对比分析了站内外的土壤温度变化特征，结果表明：在土壤浅层，站内外土壤温度日变化差异明显，5cm层土温日最大值相差9.7℃，土壤温度日较差站内明显低于站外，光伏装置具有保温作用。站内5～180cm各层土壤温度年较差均大于站外;在冬季，站外各层土壤温度均明显高于站内，光伏电站是冷源。

关键词：土壤温度光伏电站荒漠地区

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砾石对青藏高原土壤水热特性影响的数值模拟

砾石对青藏高原土壤水热特性影响的数值模拟

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第32届中国气象学会年会

作者：潘永洁吕世华高艳红中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室中国科学院大学

1引言土壤水热变化是陆气之间水分和能量交换的重要过程之一,提高土壤水热状况模拟的准确性是改进陆面过程以及天气和气候模拟效果的迫切需要。尽管随着新模式的发布,模式中的土壤模块不断得到改进以提高对土壤水热状况的模拟精度;但受... 详细信息

1引言土壤水热变化是陆气之间水分和能量交换的重要过程之一,提高土壤水热状况模拟的准确性是改进陆面过程以及天气和气候模拟效果的迫切需要。尽管随着新模式的发布,模式中的土壤模块不断得到改进以提高对土壤水热状况的模拟精度;但受制于客观条件,土壤物理性质在模式中仍然难以被准确描述,成为影响模式模拟性能的重要因素。目前的陆面过程模式中,土壤水热物理特性的参数化方案几乎都是土壤质地的函数,在CLM4(Community Land Model)中也一样。而这些参数化方案大多数都忽略了土壤中粒径大于2mm的砾石在土壤水热变化中的作用。本文利用已有研究中砾石对土壤水热状况影响的经验公式,针对青藏高原中部那曲BJ站的土质观测资料,发展了一套适用于模拟土壤中含有风化程度较低砾石的参数化方案,并将其应用于CLM4模式中,检验模式对该地区水热过程的模拟能力。2土壤水热参数化方案的改进在计算土壤含水量时,考虑砾石对土壤含水量的影响,将原模式中孔隙度改为:θsat,min=(1-Rv)θsat,mfe+Rvθsat,mrf(1)其中,θsat,mfe是细土饱和含水量,θsat,mrf是砾石饱和含水量,Rv是砾石体积含量。Peck和Watson根据含球形镶嵌物的均匀介质计算得到含砾石土壤的饱和导水率与去除砾石土壤的饱和导水率的关系,并将其转换得到含砾石土壤矿物质饱和导水率为:Ksat,min,b=2(1-Rv)/2+Rv·Ksat,min(2)。在利用Clapp-Hornberger经验公式计算土壤水势和土壤导水率时,可调参数B min对土壤水势和土壤导水率影响较大。为了体现砾石对土壤持水特性的影响,将可调参数Bmin调整为Bm in=2.91+0.159(%clay)+0.06(%rock)(3)。土壤容重是衡量土壤结构的重要指标,但直接测量含砾石的土壤容重会比较困难。Russo提出利用砾石体积含量、砾石容重和细土容重来计算出含砾石的土壤容重rbt。rbt=(1-Rv)rd+Rvrr,(4)其中rr是砾石容重,rd为细土容重。本文取辉长岩的导热率4.42Wm-1K-1作为砾石导热率。新的土壤矿物质导热率计算公式为:λs,mim=8.80(%sand)+2.92(%clay)+4.42(%rock)/(%sand)+(%clay)+(%rock) (5)。由Hans-DieterV osteen对不同岩石热容的测量结果可知在温度为0℃时岩石的平均体积热容量为2.1～2.2′106Jm-3K-1,所以新的土壤矿物质热容量计算公式为cs,min=(2.128(%sand)+2.385(%clay)+2.2(%rock)/(%sand)+(%clay)+(%rock))?÷÷′106(6)。?3参数化方案的检验图1a由新方案计算出的土壤导水率和含水量的关系图,可以看出土壤导水率随着含水量的增加而增加,同时随着砾石的增多而增大。说明含砾石的土壤渗漏量会高于不含砾石的土壤,这与吕国安2000年观测的实际情况相符。由图1b可以发现土壤吸力随含水量的增加而减小。而在含水量较低时含有砾石的土壤比不含砾石的土壤水势要高,说明在土壤较干的情况下,砾石表现出较高的吸水特性。而在含水量较高时,含砾石的土壤比不含砾石的土壤吸水能力要弱。图2分别为10,40,80,160cm不同深度土壤含水量随时间变化的曲线图。浅层20cm处冬季发生冻结,但是土壤含水量并没有降到零。说明在冬季冻结期土壤中有未冻结水的存在,夏季随着降水下渗,土壤含水量出现波动。新方案考虑砾石作用,由公式(11)容易得知砾石的存在会降低土壤饱和含水量,同时根据吕国安[18]的研究结果和图1b显示,砾石的存在会使土壤在含水量很低的时候土壤吸水能力增强,在土壤含水量较高时土壤吸水能力降低。这一理论可以解释新方案模拟的冬季未冻结水含量比原方案偏高,夏季土壤持水量降低。总体上,新方案模拟曲线在浅层更接近于观测曲线。原方案模拟值与观测值相关系数为0.90,新方案为0.92;原方案模拟值与观测值的均方根误差为0.056,新方案为0.044。而在深层160cm处(图2d)土壤水主要靠地下水向上输送,如图1a所示,在考虑砾石之后土壤水的导水率会随着砾石含量的增加而加大,而BJ站土壤结构为深层土壤砾石含量较高,所以深层土壤结构更利于地下水对深层土壤水的补给。从各层土壤含水量曲线可以看出新方案对于土壤水的模拟效果较原方案好,其中原方案模拟值与观测值相关系数为0.88,新方案为0.89;原方案模拟值与观测值的均方根误差为0.048,新方案为0.032。总体上,各层模拟与观测的平均相关系数从原来的0.83提高到0.86;平均绝对误差从原来的0.047下降到0.029;均方根误差从原来的0.055下降到0.037。图3分别是20,40,80,20

关键词：陆面过程土壤参数化砾石青藏高原

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卫星遥感数据评估黄土高原陆面干湿程度研究

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地球物理学报 2014年第8期57卷 2473-2483页

作者：康悦文军张堂堂田辉陈昊中国科学院寒区旱区环境与工程研究所中国科学院陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000

卫星遥感数据具有估算时空尺度上地表参量的优势,在陆地环境状况评估和监测等方面有很大的应用潜力.本文利用美国地球观测系统卫星搭载中等分辨率成像光谱仪(EOS/MODIS)在黄土高原2002—2010年期间获取的每16天归一化植被指数(NDVI)和... 详细信息

卫星遥感数据具有估算时空尺度上地表参量的优势,在陆地环境状况评估和监测等方面有很大的应用潜力.本文利用美国地球观测系统卫星搭载中等分辨率成像光谱仪(EOS/MODIS)在黄土高原2002—2010年期间获取的每16天归一化植被指数(NDVI)和每日地表温度(LST)数据,分析了黄土高原地区LST-NDVI空间的基本特征.结果发现:当研究区域足够大且遥感数据时间序列足够长时,LST-NDVI空间中(NDVI,LST)散点并非呈三角形或梯形分布.为了能够利用EOS/MODIS的NDVI和LST数据正确地评估陆面的干湿状况,本文给出了利用数据集合法确定LST-NDVI空间中干边和湿边的数值,即在LST-NDVI空间中,利用NDVI等值区间内LST最大值和最小值的集合代表干边和湿边的数值,并进一步证明了在LST-NDVI空间中干边和湿边数值并非呈线性关系.在分析LST-NDVI空间特征的基础上,通过构建地表温度-植被干旱指数(TVDI),探讨其在评估黄土高原地区陆面的干湿状况的应用潜力.结果表明:由TVDI距平表征的陆面的干湿程度与局地降水距平有很好的关联性,二者在时空分布上有较好的对应关系.在我国陇东黄土高原塬区,TDVI数值与地面观测的表层土壤湿度有很好的相关性,相关系数在0.67以上,并通过显著性为1%的检验.由此说明:如果合理选取干边和湿边的数值,TDVI可应用于区域陆面干湿程度的客观评估.

关键词：黄土高原卫星遥感 TVDI 干湿程度降水

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青藏高原那曲地区冻融过程的数值模拟研究

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高原气象 2015年第3期34卷 676-683页

作者：刘火霖胡泽勇杨耀先王愚孙根厚黄蓉中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国民航大学空中交通管理学院天津300300 中国科学院昆明植物研究所昆明650204

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站冻融期(2013年3月1日至6月1日)的气象和土壤观测资料,通过陆面模式Co LM对那曲地区土壤冻融过程进行了数值模拟。模拟结果表明,Co LM模式对土壤温度、感热通量和潜热通量的模拟与观测较吻合,... 详细信息

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站冻融期(2013年3月1日至6月1日)的气象和土壤观测资料,通过陆面模式Co LM对那曲地区土壤冻融过程进行了数值模拟。模拟结果表明,Co LM模式对土壤温度、感热通量和潜热通量的模拟与观测较吻合,但对土壤湿度的模拟偏差较大,而模式冻融参数化方案的不足是造成这一较大偏差的主要原因。根据热力学平衡下土壤水势与温度之间的关系以及Clapp-Hornberger经验公式对冻融参数化方案进行了优化,优化冻融参数化方案后,模式能够更真实地模拟出土壤冻融过程特征,尤其是对土壤湿度偏低的现象改进较大。

关键词：青藏高原 CoLM模式冻融过程冻融参数化方案

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中国东北植被动态变化及其与气候因子的关系

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大气科学学报 2015年第2期38卷 222-231页

作者：刘向培刘烈霜史小康佟晓辉贾庆宇解放军65061部队中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室北京大学物理学院大气与海洋科学系民航贵州空管分局空军装备研究院航空气象防化研究所中国气象局沈阳大气环境研究所

基于GIMMS/NDVI数据,采用小波分析方法,在年内、年际尺度上研究了1982—2006年我国东北区域地表植被的动态变化,并分析了温度、降水等气候因子对植被动态变化的影响。结果表明:东北区域地表植被动态变化特征显著,总体上珋INDV(描述归一... 详细信息

基于GIMMS/NDVI数据,采用小波分析方法,在年内、年际尺度上研究了1982—2006年我国东北区域地表植被的动态变化,并分析了温度、降水等气候因子对植被动态变化的影响。结果表明:东北区域地表植被动态变化特征显著,总体上珋INDV(描述归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)年际尺度平均状况)沿东北—西南方向递减,其中林地珋INDV及ΔINDV(描述NDVI年内变化)最大,分别为0.41和0.70,草地最小;草地区域珋INDV平均增加6.21%,耕地珋INDV有小幅增加,林地有所减小。温度、降水是影响地表植被动态变化的重要因素,总体上与温度的相关系数大于与降水的相关系数,年内尺度的相关系数大于年际尺度的相关系数;在年际尺度上,NDVI与温度的相关系数以耕地最大,平均为0.60,耕地和林地区域NDVI与降水的相关性不显著;在年内尺度上,NDVI与温度、降水的相关系数以林地最大,分别为0.90和0.75;滞后相关分析表明,在年际尺度上,温度对地表植被的影响随着滞后时间的延长以近似线性的趋势降低;在年内尺度上,温度、降水的影响随着滞后时间的延长而加速减小,温度和降水对林地的影响均较快;降水的影响较温度的持续时间更短。

关键词：归一化植被指数小波变换植被覆盖温度降水中国东北

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雪盖下不同土壤冻融阶段土壤温湿变化研究

雪盖下不同土壤冻融阶段土壤温湿变化研究

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第32届中国气象学会年会

作者：边晴云吕世华文莉娟潘永洁中国科学院寒区旱区环境与工程研究所陆面过程与气候变化重点实验室中国科学院大学

1引言土壤冻融过程中土壤温湿状况的改变与气候变化密切相关[1]。雪盖作为一种特殊的下垫面,不仅因其高反照率和高绝热的特性影响地表能量平衡,还以其融雪水文效应对土壤、地表和大气的水热状况产生深刻影响。在土壤温湿变化中,冻土和... 详细信息

1引言土壤冻融过程中土壤温湿状况的改变与气候变化密切相关[1]。雪盖作为一种特殊的下垫面,不仅因其高反照率和高绝热的特性影响地表能量平衡,还以其融雪水文效应对土壤、地表和大气的水热状况产生深刻影响。在土壤温湿变化中,冻土和积雪相互耦合,考虑到不同土壤冻融阶段土壤温湿特征不同和雪盖的时空分布差异,因此研究雪盖下不同土壤冻融阶段

关键词：雪盖土壤冻融土壤温度土壤湿度土壤日温差

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夏季巴丹吉林沙漠辐射特征的模拟研究

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太阳能学报 2014年第2期35卷 338-344页

作者：赵林吕世华陈玉春奥银焕马迪鲍艳中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程和气候变化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

利用WRF（TheAdvancedResearchWeatherResearchandForecasting）模式3．3版本，检验其对巴丹吉林沙漠地区辐射特征的模拟能力，并通过模拟结果选取适于沙漠下垫面辐射特征模拟的最优参数化方案组合。通过连续9d（2009年8月11～19日）不... 详细信息

利用WRF（TheAdvancedResearchWeatherResearchandForecasting）模式3．3版本，检验其对巴丹吉林沙漠地区辐射特征的模拟能力，并通过模拟结果选取适于沙漠下垫面辐射特征模拟的最优参数化方案组合。通过连续9d（2009年8月11～19日）不同天气条件下的数值模拟，分别选取4种向下短波、4种向下长波辐射辐射方案及4种陆面过程方案，认为WRF模式能较好地模拟出该地区不同天气条件下（晴天、多云和阴雨）辐射日变化的特征，其中RRTMG向下短波和向下长波辐射方案较其他辐射方案略有优势，其模拟的向下短波辐射通量和向下长波辐射通量的总均方根误差最小，分别为103．9和25．9W／m^2；陆面过程方案中，RUC方案较有优势，模拟的向上长波和向上短波辐射通量的总均方根误差最小，分别为26．9和25．2W／m^2；阴雨天气条件下，辐射方案的调用间隔时间对辐射通量的模拟较敏感，调用间隔时间的缩短能明显改进辐射通量由晴转阴过程的模拟。

关键词：巴丹吉林沙漠 WRF模式数值模拟辐射方案陆面过程方案

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青藏高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化

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冰川冻土 2015年第2期37卷 360-368页

作者：荀学义胡泽勇崔桂凤王愚白彬人谷良雷中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 内蒙古自治区气象台内蒙古呼和浩特010051 中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心北京100101 内蒙古呼和浩特市第十八中学内蒙古呼和浩特010022

基于ERA-Interim逐日4次600 h Pa位势高度再分析资料,以及青藏高原和周边地区75个气象站日平均温度、降水和相对湿度资料,对高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化进行了分析.结果表明:高原近地层及北侧气压系统强度在围绕中心点顺... 详细信息

基于ERA-Interim逐日4次600 h Pa位势高度再分析资料,以及青藏高原和周边地区75个气象站日平均温度、降水和相对湿度资料,对高原近地层及北侧气压系统的季节性振荡变化进行了分析.结果表明:高原近地层及北侧气压系统强度在围绕中心点顺时针运动时不断加强,逆时针运动时不断减弱.两气压系统呈明显的跷跷板式变化,在600 h Pa上表现为高度场空间结构沿经向上的调整;低高压差负值的开始和结束时间与高原季风起讫时间吻合.高原夏季降水的起讫不仅与高原及北侧气压系统结构密切相关,而且与高原东南或南部水汽输送条件息息相关.

关键词：青藏高原季节性振荡变化近地层气象要素

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唐乃亥水文站径流量与黄河源区拍涡的关系

唐乃亥水文站径流量与黄河源区拍涡的关系

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第32届中国气象学会年会

作者：丁小谨高晓清汤懋苍王田田宁夏气候中心中国科学院寒区旱区环境与工程研究所/寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃省人工影响天气办公室

为了揭示地下热活动对黄河上游径流变化的影响,并为径流的短期预报与水利调度、防洪抗旱等提供参考依据。本文利用国家电网西北电力调控分中心提供2002-2011年唐乃亥水文站日平均径流量资料东亚地震资料（国家地震科学数据共享中心）,... 详细信息

为了揭示地下热活动对黄河上游径流变化的影响,并为径流的短期预报与水利调度、防洪抗旱等提供参考依据。本文利用国家电网西北电力调控分中心提供2002-2011年唐乃亥水文站日平均径流量资料东亚地震资料（国家地震科学数据共享中心）,采用候平均值确定逐日径流量距平百分率值,规定日径流量距平百分率值连续≥50%的时段为一次丰水期（其中月末天数不足1候或大于一候均按1候来计算）[1-2]。根据黄河源区11月—次年3月是退水期这一显著特点[3],这里仅对4-10月唐乃亥站丰水期进行统计分析。选取发生在20°N0°N,60°E50°E范围内的2个中等强度地震（震级Ms≥5.5）,且由其激发形成的拍涡位于30°N0°N、95°E05°E范围内[4-5],记为一次拍涡。在没有与丰水期相对应的强震拍涡时,考虑唐乃亥站附近2个弱震（震级3.5

关键词：黄河径流量拍涡强度指数地震

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