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基于不同土地利用产品的华东地区夏季陆气相互作用模拟研究

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高原气象 2023年第3期42卷 687-700页

作者：昝雨露高艳红蒋盈沙苏培玺中国科学院西北生态环境资源研究院/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 中国科学院大学北京100049 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438

土地利用和土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Chang,LUCC)通过影响局地陆面过程及陆气相互作用进而影响局地天气和气候。为探究LUCC产品对陆气相互作用的影响,本文采用了三套LUCC产品,包括USGS、Landsat和MODIS,模拟研究不同LUCC... 详细信息

土地利用和土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Chang,LUCC)通过影响局地陆面过程及陆气相互作用进而影响局地天气和气候。为探究LUCC产品对陆气相互作用的影响,本文采用了三套LUCC产品,包括USGS、Landsat和MODIS,模拟研究不同LUCC产品对华东地区土壤和近地面温度、湿度的影响。结果表明,不同LUCC产品的土地利用类型差异主要在城市、农田和以草地、森林为主的自然植被。与USGS产品相比,Landsat和MODIS产品的城市和森林面积分别增加了2%和15%以上,农田面积则减少了17%左右。模拟结果表明,Landsat和MODIS产品的城市面积增加导致该区域的土壤温度和湿度增加,感热通量分别增加了28.1 W·m^(-2)、68.3 W·m^(-2),潜热通量分别减少了28.3 W·m^(-2)、81 W·m^(-2),这使得2 m气温增加了1.5℃左右,相对湿度减小了约9%。USGS产品中的农田和草地在Landsat和MODIS中改变为森林也使得土壤温度、湿度和近地面能量通量、温度和湿度的空间分布随之产生变化,但相比于城市面积改变导致的变化较为复杂。此外,不同LUCC产品之间的城市面积变化对土壤温度、湿度和近地面能量通量、温度和湿度的影响要大于农田和自然植被变化产生的影响。最后,对比三个试验模拟的土壤温度、土壤湿度、2 m气温和相对湿度结果与GLDAS(the Global Land Data Assimilation System)或站点观测资料的相关性、均方根误差、平均偏差和认同指数可以发现,使用更准确、细致的Landsat产品的模式对近地面气象条件的模拟性能要优于USGS和MODIS产品模拟结果。

关键词：土地利用/土地覆盖变化 WRF模式数值模拟城市扩张陆气相互作用

陆气相互作用对中尺度对流系统影响的研究进展

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气象 2013年第11期39卷 1413-1421页

作者：单机坤沈学顺李维京南京信息工程大学大气科学学院南京210044 中国气象局数值预报中心北京1000813 国家气候中心北京100081

文章回顾了大气对地表性质的敏感性研究,以及陆气相互作用对中尺度天气过程的影响.说明了地表性质与积云对流及对流降水之间的联系。地表性质的改变对行星边界层的热通量、水汽通量、对流有效位能产生影响,并通过湍流的垂直输送,进而影... 详细信息

文章回顾了大气对地表性质的敏感性研究,以及陆气相互作用对中尺度天气过程的影响.说明了地表性质与积云对流及对流降水之间的联系。地表性质的改变对行星边界层的热通量、水汽通量、对流有效位能产生影响,并通过湍流的垂直输送,进而影响到其上大气的性质。陆气之间存在着复杂的、非线性的相互作用。性质不均匀的下垫面造成地表向大气感热通量和潜热通量的差异,从而在近地层大气中形成温度和气压梯度,产生局地环流,在条件适合的情况下可以形成对流。并产生降水,而降水的不均匀分布,又维持了下垫面的不均匀性。土壤湿度对对流的影响受到多个因素的制约,其中天气尺度过程的影响是很显著的;由非均匀的下垫面所产生的局地环流能够触发积云对流。

关键词：地表性质陆气相互作用对流通量

珠海凤凰山陆气相互作用与碳通量观测塔的基本观测及晴天主要观测量的日变化特征

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大气科学 2016年第2期40卷 423-436页

作者：韦志刚胡嘉骢董文杰陈光巨吴忠魁魏信郑志远文小航石文邢飞张治国北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100871 北京师范大学珠海分校未来地球研究院珠海519087

珠海凤凰山地处北回归线以南,森林植被覆盖率达90%,植被类型为南亚热带常绿阔叶林群落,是岭南地区典型的城市或村庄周边的再生森林,我们选择在凤凰山麓森林冠层较为平缓的低矮坡地建立了陆—气相互作用和碳通量的观测铁塔塔站。本文详... 详细信息

珠海凤凰山地处北回归线以南,森林植被覆盖率达90%,植被类型为南亚热带常绿阔叶林群落,是岭南地区典型的城市或村庄周边的再生森林,我们选择在凤凰山麓森林冠层较为平缓的低矮坡地建立了陆—气相互作用和碳通量的观测铁塔塔站。本文详细介绍了观测塔的地理环境、初步的仪器布设和基本观测,并利用已获得的资料分析了旱季典型晴天主要观测量的日变化特征。太阳总辐射及其分光辐射和反射辐射的日变化都是比较常规的中午最高的对称结构;冠层接收到的长波辐射比向上长波辐射低;气温日变化的峰值比太阳辐射滞后,白天达到最高值前的气温是低层高于高层,达到最高值后到落日前气温陡然下降,夜晚的气温是低层低于高层。相对湿度凌晨最大,下午最小,夜晚是低层相对偏湿,白天正好相反;11月份,珠海地区盛行旱季的偏北季风,有明显的海陆风的作用,白天的海风较强,夜晚的陆风较弱;森林冠层向大气释放的感热和潜热的量值基本相当,潜热基本为正;感热白天为正,夜晚基本为负;森林冠层吸收的二氧化碳的最高值出现在午后,此时空气中水汽浓度达到最低,向大气释放的二氧化碳在日出后的清晨最大,此时空气中的二氧化碳浓度达到最大,同时空气密度也最大;由于森林冠层高、密度大,土壤湿度基本没有日变化;表层土壤温度日变化的振幅随土壤深度加深而变小,土壤热流的变化是下午高,清晨低。本文还发现了一些值得深入探讨的现象,需要以后根据充沛的资料分析论证。

关键词：碳通量陆气相互作用南亚热带常绿阔叶林日变化

珠海凤凰山陆气相互作用观测塔通量数据的质量控制与评价

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热带气象学报 2018年第4期34卷 561-569页

作者：陈辰韦志刚董文杰朱献陈广宇郑志远北京师范大学地理科学学部/地表过程与资源生态国家重点实验室北京100871 北京师范大学珠海分校未来地球研究院/珠海区域气候-环境-生态预测预警协同创新中心广东珠海519087 中山大学大气科学学院广东珠海519082

针对广东省珠海凤凰山森林生态系统2015年的湍流原始数据,分析了各修正过程对通量的影响。结果表明:野点较多,需要考虑去除;频率响应修正对通量结果影响不大;倾斜修正的影响在3%左右;超声虚温修正对感热通量的影响变化幅度达30%;WPL修... 详细信息

针对广东省珠海凤凰山森林生态系统2015年的湍流原始数据,分析了各修正过程对通量的影响。结果表明:野点较多,需要考虑去除;频率响应修正对通量结果影响不大;倾斜修正的影响在3%左右;超声虚温修正对感热通量的影响变化幅度达30%;WPL修正对碳通量结果影响可达25%左右。经过对观测数据的质量评价,感热通量约有85%,潜热通量和碳通量约有80%的数据可用于通量分析。感热通量在1年中的变化幅度不大;潜热通量变化显著,尤其在季风后迅速增大;碳通量变化与森林下垫面密切相关,夏季变化幅度大,冬季变化较小。

关键词：通量数据质量控制质量评价陆气相互作用

陆气相互作用中普通双源模型与ALEXI模型的比较

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气象科技进展 2012年第2期2卷 13-18页

作者：胡永红贾根锁中国科学院数字地球重点实验室中国科学院对地观测与数字地球科学中心北京100094 中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室中国科学院大气物理研究所北京100029

陆气相互作用影响着天气过程,进而影响区域气候变化,基于站点的地表能量平衡研究需要进行合理的空间尺度拓展。遥感模型为地表能量平衡的量化分析提供了条件,目前已广泛应用于农业和水资源领域,而较少为气候变化研究服务。介绍了以遥感... 详细信息

陆气相互作用影响着天气过程,进而影响区域气候变化,基于站点的地表能量平衡研究需要进行合理的空间尺度拓展。遥感模型为地表能量平衡的量化分析提供了条件,目前已广泛应用于农业和水资源领域,而较少为气候变化研究服务。介绍了以遥感手段研究陆气相互作用的双源模型,并通过对比普通遥感双源模型与ALEXI(Atmosphere-Land Exchange InversionModel)模型的物理过程,探讨了ALEXI模型在大尺度应用的优势,分析了以ALEXI模型为代表的双源模型的发展过程及应用领域,指出了ALEXI模型在陆气相互作用研究中的优劣。

关键词：洲际尺度热红外遥感 alexi模型陆气相互作用

叶绿素荧光遥感在陆地生态系统碳循环和陆气相互作用中的应用研究进展

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大气科学学报 2022年第6期45卷 801-814页

作者：邱博郭维栋南京大学大气科学学院江苏南京210023 南京大学关键地球物质循环前沿科学中心江苏南京210023

陆地生态系统通过植被光合作用可以吸收约30%的人为碳排放,在全球碳循环、减缓大气二氧化碳浓度上升等方面具有重要作用。最近10年发展起来的日光诱导叶绿素荧光遥感技术,可以监测植被实际光合作用,为全球陆地生态系统碳循环的研究提供... 详细信息

陆地生态系统通过植被光合作用可以吸收约30%的人为碳排放,在全球碳循环、减缓大气二氧化碳浓度上升等方面具有重要作用。最近10年发展起来的日光诱导叶绿素荧光遥感技术,可以监测植被实际光合作用,为全球陆地生态系统碳循环的研究提供了新的思路和方法。本文回顾了叶绿素荧光遥感产品发展及其在陆地生态系统碳循环和陆气相互作用中的应用研究进展,特别是在全球植被总初级生产力估算和陆地生态系统碳循环模型发展方面的进展,并进一步讨论了该领域研究面临的挑战和未来的发展方向。

关键词：日光诱导叶绿素荧光陆地生态系统植被总初级生产力碳循环陆气相互作用

基于区域气候模式和VIC模型的黑河流域陆气相互作用研究

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基于区域气候模式和VIC模型的黑河流域陆气相互作用研究

作者：陈亮兰州大学

学位级别：硕士

气候和水资源是制约中国西北干旱区生态环境和人类社会和谐发展的重要因素。位于该地区的黑河流域作为中国第二大内陆河,正面临着植被退化、沙漠化加剧、水资源短缺等一系列严重的环境问题。对陆气相互作用的研究有助于认识流域内陆地... 详细信息

气候和水资源是制约中国西北干旱区生态环境和人类社会和谐发展的重要因素。位于该地区的黑河流域作为中国第二大内陆河,正面临着植被退化、沙漠化加剧、水资源短缺等一系列严重的环境问题。对陆气相互作用的研究有助于认识流域内陆地表面与大气之间的水热交换过程,理解流域气候、植被、生态、水文的演变规律,并为流域的环境治理提供科学依据。为分析黑河流域下垫面植被变化对区域气候的影响,以及气候变化下的水文响应,本文将区域气候模式RegCM3和陆面水文模型VIC引入黑河流域,通过敏感性分析来探索陆面与大气之间的相互作用。主要的研究内容包括以下几个方面：（1）使用ERA40再分析资料,通过模式的双层嵌套,对黑河流域1998年夏季的气温和降水进行了高分辨率（10km）模拟;（2）通过山区绿化、中游农田扩张和下游沙漠化三个敏感性试验分析了植被变化对流域气温和降水的影响;（3）以VIC模型为基础：并耦合汇流模型对1990～2006年黑河上游出山径流的模拟;（4）基于SDSM统计降尺度模型对GCM统计降尺度方法在黑河上游的适用性进行了探讨;（5）根据15种气候情景假设,分析了气候背景下的黑河流域上游出山径流的变化。得出的结论有：（1）RegCM3区域气候模式能够很好地再现黑河流域气温场的时空分布特征。但气温的模拟在山区偏低,在沙漠偏高。RegCM3也较合理地模拟出了黑河流域的降水变化,但模拟能力仍有待改善。（2）气候对下垫面变化的敏感性分析表明,上游的植被恢复将使山区温度降低,降雨增多。植被恢复所带来的良好气候条件将有利于植被的进一步恢复,但这种效应在北部荒漠地区并不显著。中游的农田扩张后,该地的温度下降,降水在上游明显增多,而在下游的局部地区有略微减小。因此,绿洲面积扩大一定程度上可能诱发绿洲边缘的荒漠化或者导致下游的荒漠化加剧。沙漠化加剧将导致流域的平均气温升高,降雨减少。荒漠化将通过其与气候的正反馈机制使流域的生态环境持续恶化并难以恢复。（3）作为一个具有一定物理概念的大尺度水文模型,VIC模型能够有效地模拟黑河上游出山径流的变化。模型很好地反映了莺落峡站的月径流的变化趋势,但由于气候驱动数据和土壤参数的不足,模拟值较观测值小,在枯水期（冬季和春季）尤其明显。（4）由于黑河上游地形复杂,小区域的气候特征与大尺度特征一定程度上并无显著相关性,无法利用统计降尺度来为VIC模型提供未来情景的气候驱动。径流对气候变化的敏感性分析,得到在相同气温变化情况下,降水的增多将导致径流增加;在相同的降水变化情况下,气温升高将导致径流减少。在气温和降水的共同作用下,降水对径流的影响起主导因素。气候变化对径流的影响在年内存在差别。气温升高将加大融雪径流,从而导致冬季和春季的径流增加,同时加剧了蒸散发引起夏季和秋季的径流减少。

关键词：陆气相互作用 RegCM3区域气候模式 VIC陆面水文模型植被覆盖变化气温降水径流

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降水对黄土高原半干旱区陆气相互作用的影响

降水对黄土高原半干旱区陆气相互作用的影响

第31届中国气象学会年会

作者：王国印黄建平兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室

为了能够更好的理解降水对半干旱区陆‐气相互作用的影响,利用兰州大学半干旱气候与环境观测站连续六年的观测资料,研究了降水对我国西北黄土高原半干旱区土壤湿度、蒸发、能量分配和植被物候的影响。研究结果表明:该区域降水量的年际... 详细信息

为了能够更好的理解降水对半干旱区陆‐气相互作用的影响,利用兰州大学半干旱气候与环境观测站连续六年的观测资料,研究了降水对我国西北黄土高原半干旱区土壤湿度、蒸发、能量分配和植被物候的影响。研究结果表明:该区域降水量的年际差异显著,但土壤湿度、蒸发和CO2通量的变化和降水的强度及分布较为一致;土壤湿度是半干旱区陆气相互作用的的重要因子,然而,由于土壤水分资源短缺和较深层的地下水位,因而对降水和蒸发的反馈作用相当敏感。在湿润区或者丰水期的半干旱区,土壤水分的蒸发将减小地表感热通量在净辐射中占的比列,从而可以有效的降低地表空气温度,但在干旱区由于受到土壤水分的限制,感热通量将在净辐射中占主导地位而不断的加热大气,使地表温度持续升高。此外,我们还发现土壤湿度的变化与地表植被的物候有很大的关系,即使全年降水总量很高,但多发生在非生长季节,其生长状况依然无法得到改善,而生长季节持续性的降水,将有助于该区域地表植被的生长。

关键词：降水土壤湿度陆气相互作用半干旱区

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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黑河流域陆地-大气相互作用研究的几点思考

地球科学进展 2008年第7期23卷 779-784页

作者：高艳红程国栋中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

陆地和大气之间是相互作用、相互影响的,不仅陆面分布与地表过程对大气变化有着响应过程,而且陆面物理过程、地表特征分布对大气过程也有着重要影响。我国西北地区地形分布极不均匀,是水资源变化和气候变化的敏感区与脆弱地区。这里,由... 详细信息

陆地和大气之间是相互作用、相互影响的,不仅陆面分布与地表过程对大气变化有着响应过程,而且陆面物理过程、地表特征分布对大气过程也有着重要影响。我国西北地区地形分布极不均匀,是水资源变化和气候变化的敏感区与脆弱地区。这里,由于海拔高度起伏造就了以水为主线的上游山区冰雪、冻土—中游森林、绿洲—下游戈壁荒漠的多个自然景观带共存的内陆河流域,是开展陆—气相互作用研究的理想场所。文章集中黑河流域水循环过程、冰雪/冻土与大气相互作用、降水异质性、人类活动影响以及尺度等问题,阐述了流域研究现状以及研究热点,指出发挥各学科优势,将大尺度的大气过程与中间尺度和小尺度的陆面水文/生态过程结合,建立流域尺度大气—水文—生态过程真正的双向耦合模式,不仅研究气候变化对陆面水文、生态的影响,同时探讨陆面小尺度过程对大气的反馈机理,探索流域尺度的水循环过程和驱动机理,为水资源合理利用提供理论基础。

关键词：黑河流域陆气相互作用水循环尺度