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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

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高原气象 2020年第4期39卷 719-728页

作者：陆宣承文军田辉杨越杨奥莉成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院西北生态环境与资源研究院/中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000

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... 详细信息

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%。

关键词：若尔盖高寒湿地水热交换通量日变化

黄河源区玛曲土壤冻融过程中地表水热交换特征分析

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高原气象 2023年第3期42卷 575-589页

作者：张戈赖欣刘康成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室/气候与环境变化联合实验室/成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225 中国民用航空飞行学院遂宁分院四川遂宁629000

土壤冻融过程显著影响地表含水量和能量收支变化。利用玛曲2017年8月至2018年7月的土壤温度/湿度、涡动观测资料以及公用陆面模式(Community Land Model,CLM)最新版本CLM5.0的模拟资料,其中冻结过程阶段的辐射和能量通量使用模式模拟的... 详细信息

土壤冻融过程显著影响地表含水量和能量收支变化。利用玛曲2017年8月至2018年7月的土壤温度/湿度、涡动观测资料以及公用陆面模式(Community Land Model,CLM)最新版本CLM5.0的模拟资料,其中冻结过程阶段的辐射和能量通量使用模式模拟的数据,通过分析土壤冻融过程中土壤温湿度、地表能量平衡各分量的时间演变特征,探讨冻融过程中地表水热交换的特征。数据分析表明:(1)土壤冻融过程包括冻结过程、完全冻结、消融过程及完全消融四个阶段,各阶段中的土壤温度/湿度、辐射和能量通量存在明显的日变化,在冻结过程和消融过程阶段,土壤湿度随土壤温度变化显示出明显的日冻融循环。(2)冻融过程通过影响表层土壤水分影响地表辐射收支和能量分配。冻融过程中土壤中的水相变为冰,改变下垫面性质影响地表辐射收支。土壤中的液态水通过相变影响地表潜热通量,完全消融(冻结)阶段,地气之间能量交换以潜热(感热)通量为主。相比于以潜热通量为主的冻结过程阶段,消融过程阶段净辐射通量逐渐增大,地气之间能量交换主要受感热通量影响。土壤中水分的昼融夜冻导致频繁的潜热通量释放影响地表热通量。土壤热通量在冻结过程(G_(0)=-9.1 W·m^(-2))和消融过程阶段(G_(0)=3.4 W·m^(-2))绝对值大于完全消融阶段(G_(0)=1.2 W·m^(-2)),土壤日冻融循环加强地表热通量交换。(3)能量闭合率为感热、潜热通量之和与净辐射通量、土壤热通量之差的比值。冻结过程、完全冻结、消融过程和完全消融阶段平均能量闭合率为1.44、1.56、0.99和0.81,消融过程和完全消融过程能量闭合率更趋近于1。土壤中存在日冻融循环时,冻结过程阶段土壤中的水冻结释放热量,高估土壤热通量从而高估能量闭合率,消融过程阶段土壤中的冰融化吸收热量,低估土壤热通量从而低估能量闭合率,影响地表能量收支平衡。

关键词：土壤冻融能量通量水热交换数值模拟

黄河源高寒湿地—大气间暖季水热交换特征及关键影响参数研究

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大气科学 2017年第2期41卷 302-312页

作者：陈金雷文军王欣张堂堂贾东于周娟王作亮中国科学院西北生态环境资源研究院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 成都信息工程大学大气科学学院成都610225

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院... 详细信息

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院麻多黄河源气候与环境变化观测站2014年6~8月观测资料,分析了黄河源区高寒湿地—大气间暖季水热交换特征,并利用公用陆面模式(Community Land Model,简称CLM)模拟了热通量变化,提出针对高寒湿地的粗糙度优化方案。主要结果如下:(1)暖季向上、向下短波与净辐射的平均日变化规律一致,向上、向下长波平均日变化平缓,地表温度升高相对于向下短波具有滞后性,潜热通量始终为正值并大于感热通量;(2)温度变化显著层结为20 cm以上土壤浅层,存在明显的日循环规律,土壤中热量09:00(北京时,下同)下传至5 cm深度,温度升高,11:00至10 cm深度,13:00至20 cm深度,18:00后开始上传,温度降低,40 cm及以下深度受此影响较小,热量在土壤中整体由浅层向深层输送;(3)土壤湿度平均日变化小,5 cm深度为土壤湿度最小层,10 cm深度为最大层;(4)麻多高寒湿地动力学粗糙度Z0m在暖季变化稳定,可作为常数,Z0m=0.0143 m;(5)提出更加适合高寒湿地下垫面暖季附加阻尼k B-1参数化方案,使得热通量模拟效果较CLM原始方案有所提高。以上结果对于研究湿地下垫面陆面过程具有重要意义。

关键词：高寒湿地水热交换参数化粗糙度附加阻尼

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆-气间的水热交换特征分析

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高原气象 2022年第1期41卷 132-142页

作者：武月月文军王作亮贾东于刘闻慧蒋雨芹陆宣承成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 中国科学院西北生态环境资源研究所中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 兰州城市学院地理与环境工程学院甘肃兰州730070

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响。本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T... 详细信息

高寒草原水热交换的季节性特征显著,土壤冻融过程对地-气水热交换有着重要的影响。本文利用黄河源区汤岔玛小流域2014年5月至2015年5月陆面过程观测数据,将土壤冻融过程划分为完全融化(TT)和完全冻结(FF)两种状态与融冻(T-F)和冻融(F-T)两个过程,并分析了期间高寒草原下垫面净辐射、感热通量、潜热通量和地表热通量不同状态和过程中的变化,以此探究土壤冻融过程中地气间的水热交换特征。研究表明:(1)净辐射通量在完全融化阶段的平均值要普遍大于其他三个阶段,最大值达到了203.7 W·m^(-2),冻融阶段冻土融化,土壤含水量逐渐增加,净辐射比完全冻结阶段明显增大,完全融化阶段净辐射日变化值最大,达到了717.6 W·m^(-2),完全冻结阶段最小,冻融阶段次之。(2)感热通量与潜热通量在完全融化和完全冻结阶段的配置不同。完全融化时,由于降水和土壤含水量等原因,净辐射主要转换为潜热通量,潜热通量日变化最大值为193.7 W·m^(-2),而感热通量只有80.0 W·m^(-2)左右。融冻阶段、冻融阶段与完全冻结时感热与潜热的日平均相差不大,潜热在三个阶段平均值为21.9 W·m^(-2),感热为20.3 W·m^(-2);而感热日变化在三个阶段均大于潜热,土壤发生冻融循环,地气温差较小,含水量产生变化,净辐射在这期间主要转换为感热。(3)土壤热通量在完全融化(冻结)状态下为正(负),表明地表从大气吸收(释放)热量,其日变化幅度大(小)。以上结果说明,土壤冻融状态与过程对近地面陆-气间水热交换过程表现出不同的特征。

关键词：高寒草原冻融过程水热交换能量通量

雅鲁藏布大峡谷地区近地面-大气间水热交换特征分析

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高原气象 2022年第1期41卷 153-166页

作者：张强文军武月月陈亚玲李悦绮刘正成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225

利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据产品,归类分析了藏东南雅鲁藏布大峡谷地区水汽输送类别。选取大峡谷地区排龙站、墨脱站两个站点2019年涡动相关系统观测数据,分析不同水汽条件下雅鲁藏布大峡谷地区不同位置近地面水热交换通... 详细信息

利用欧洲中期天气预报中心第五代再分析数据产品,归类分析了藏东南雅鲁藏布大峡谷地区水汽输送类别。选取大峡谷地区排龙站、墨脱站两个站点2019年涡动相关系统观测数据,分析不同水汽条件下雅鲁藏布大峡谷地区不同位置近地面水热交换通量的日变化特征。结果表明:高原季风期对应大峡谷地区水汽强输送期和温湿期,高原非季风期则相反。墨脱站、排龙站在高原季风期/非季风期典型晴天/阴天近地面潜热通量日变化对大气水汽条件较为敏感且响应一致,近地面潜热通量在强水汽条件下的日变化均强于弱水汽条件下,墨脱站特征最为显著,在高原季风期典型晴天强水汽条件下潜热通量日均值为84.05 W·m^(-2)是弱水汽条件下的1.13倍,日变幅达345.37 W·m^(-2)。两个站点在高原季风期/非季风期近地面感热通量对大气水汽条件响应不同。高原季风期典型晴天下,两个站点在弱水汽条件下的近地面感热通量日变化均强于强水汽条件下,海拔较高的排龙站在弱水汽条件下感热通量日均值(32.71 W·m^(-2))和日较差(191.10 W·m^(-2))是强水汽条件下的1.66倍和1.26倍。云覆盖和水汽对太阳短波辐射的削弱作用大于其自身的温室效应,墨脱站和排龙站在高原季风期/非季风期典型阴天弱水汽条件下的近地面感热通量日变化均强于强水汽条件下,排龙站在高原季风期/非季风期典型阴弱水气条件下近地面感热通量日均值为35.12 W·m^(-2)和14.32 W·m^(-2)分别是强水汽条件下的2.59倍和1.27倍。大峡谷地区存在水汽输送通道,大气水汽的辐射强迫对陆-气间水热交换过程存在显著影响,但近地面能量分配受地表水热属性的制约。

关键词：雅鲁藏布大峡谷水热交换水汽输送大气水汽总量

基于CLM4.5的高寒草地辐射收支和水热交换的数值模拟研究

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高原气象 2022年第1期41卷 107-121页

作者：吴笛胡泽勇付春伟王树金樊威伟中国科学院西北生态环境资源研究院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院那曲高寒气候环境观测研究站西藏那曲852000 中国科学院大学北京100049

利用那曲高寒气候环境观测研究站本部BJ观测点2014年6-8月的近地层观测资料,结合CLM4.5陆面模型,探究空气动力学粗糙长度、叶面积指数、植被覆盖度和热力学粗糙长度参数化方案的改变对陆面能水平衡的模拟结果产生的影响,并且探讨了粗糙... 详细信息

利用那曲高寒气候环境观测研究站本部BJ观测点2014年6-8月的近地层观测资料,结合CLM4.5陆面模型,探究空气动力学粗糙长度、叶面积指数、植被覆盖度和热力学粗糙长度参数化方案的改变对陆面能水平衡的模拟结果产生的影响,并且探讨了粗糙度及植被状态指数影响陆面能水平衡模拟性能的机制。结果表明:(1)CLM4.5默认的热力学粗糙长度方案Z98高估了感热通量,并且低估了地表温度,Z12方案和B82方案能够很大程度上减小感热模拟的正偏差与地表温度模拟的负偏差。(2)基于不同类型数据计算了两组空气动力学粗糙长度的月均值,在替换模式中原有值后,明显减小了地表通量的模拟偏差。(3)叶面积指数的增加(减少),使感热减小(增大),潜热增大(减小),反射辐射和地面长波辐射通量降低(增加),并且土壤温湿度也有所下降(上升)。(4)随着植被覆盖度的增加(减少),潜热通量降低(升高),感热、反射短波辐射以及地面长波辐射增强(减弱),地面土壤温、湿度有所增加(降低)。本研究为选择最优参数及参数化方案,进而更合理地模拟出整个高原地区的地表能水平衡提供了参考依据。

关键词：陆面模式辐射收支水热交换粗糙度植被参数

一个可与大气环流模式相耦合的陆地水热交换模式

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中国科学（B辑） 1989年第2期 216-224页

作者：孙菽芬卢志泊中国科学院力学研究所

本文发展了一个全球陆地水文模式,它较真实地刻划了复杂的陆地下垫面(包括植被覆盖在内)与大气之间能量、水分及动量之间的交换过程。利用它曾对仅能得到的三个不同的下垫面的局部测量数据进行数值模拟,发现计算结果与实测结果吻合较好... 详细信息

本文发展了一个全球陆地水文模式,它较真实地刻划了复杂的陆地下垫面(包括植被覆盖在内)与大气之间能量、水分及动量之间的交换过程。利用它曾对仅能得到的三个不同的下垫面的局部测量数据进行数值模拟,发现计算结果与实测结果吻合较好。利用GCM(大气环流模式的简称)的天气输出数据作为本模式上边界条件来驱动本模式,得到的结果与GCM中水文模式的结果有相当差别,说明建立一个真实反映地表活动结果来提供地气之间交换的预测模式是十分重要的。

关键词：大气环流模式水热交换水文气象

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塔里木盆地陆气水热交换数值模拟

水利学报 1994年第5期26卷 31-37页

作者：姚德良沈卫明李家春中国科学院力学研究所

本研究提出了干旱区陆气水热交换中包含植被效应的土壤分层陆地水文耦合模型，分析了数学模型中温度变化与水分运动分层的物理原因和气候状况对地表面能量交换的影响，改进了强迫恢复法，采用了新的计算净幅射的计算公式，最后利用本模... 详细信息

本研究提出了干旱区陆气水热交换中包含植被效应的土壤分层陆地水文耦合模型，分析了数学模型中温度变化与水分运动分层的物理原因和气候状况对地表面能量交换的影响，改进了强迫恢复法，采用了新的计算净幅射的计算公式，最后利用本模式，对新疆塔里木盆地阿克苏水平衡试验站干旱区的土壤、植被、大气间水热交换过程进行了数值模拟，模拟结果与实测值重合较好。

关键词：水热交换数值模拟塔里木盆地

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氯化稀土与NaY沸石水热交换的研究

石油学报（石油加工） 1991年第1期7卷 103-108页

作者：姚虎卿陈国栋孔庆震南京化工学院化学工程系

本文研究了混合氯化稀土与NaY沸石在水溶液中的离子交换平衡和动力学,测定了140～240℃之间的等温线和交换反应速度;并考察了交换后冷却过程中已交换离子的逆向移动情况,以及交换温度对沸石结构的影响。得出了有利于水热交换的温度条件... 详细信息

本文研究了混合氯化稀土与NaY沸石在水溶液中的离子交换平衡和动力学,测定了140～240℃之间的等温线和交换反应速度;并考察了交换后冷却过程中已交换离子的逆向移动情况,以及交换温度对沸石结构的影响。得出了有利于水热交换的温度条件,以及有关热力学和动力学参数。

关键词：氯化稀土 NaY Y型沸石水热交换