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黄土高原半干旱区地表能量平衡的观测试验研究

闭建荣  
【摘要】: 利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2006年4月~2008年4月的地表辐射、湍流通量和土壤等观测资料,初步分析了黄土高原半干旱区地表辐射特征、能量收支规律及地表反照率的日、季、年际变化特征,研究了雨雪天气过程对它们的影响,并讨论了土壤湿度与地表反照率的关系。同时,根据兰州大学气候灾害监测系统在景泰县兰大农场3-4月份的观测资料与同期SACOL站的辐射资料进行对比分析,得到以下主要结果: (1)地表辐射各分量月平均的日变化特征与晴天的基本一致,说明晴天条件下地表辐射的日变化具有一定的气候代表性;太阳辐射、反射辐射和净辐射日变化的位相相同,在13:00时达最大,地表长波和大气逆辐射对太阳辐射的响应时间分别为1、2小时。 (2)各辐射分量日均值的年变化显著,太阳辐射、反射辐射、大气逆辐射、地表长波及净辐射的年变幅分别为:300、75、230、270、253.3 W/m~2,平均年总量分别为5916.5、1389.9、8875.2、11587.5、1813.5 MJ/m~2。净辐射在年循环中有两次方向转换期:一次是冬季辐射平衡以地表长波辐射为主时,净辐射由正值转为负值,另一次是在其他季节以太阳辐射为主要贡献项时,净辐射由负值转为正值。 (3)地表反照率受雨雪天气过程影响较大,晴天表现为中午低,早晚高的“U”形结构;雪未完全融化前呈早上高,傍晚低的特点,而降水过后则呈现早上低,晚上稍高的特征。反照率月平均的日变化与晴天的一致,冬季的降雪可引起反照率的跳跃,而降水则使其减小;同时,反照率与土壤体积含水量呈指数衰减关系,即随着土壤含水量的增加,反照率逐渐减小,增加到一定程度后反照率几乎保持不变。 (4)能量平衡各分量的日、季、年变化十分显著,除夏季外,感热占能量平衡的比例均高于潜热;月平均日变化中,感热通量变幅远大于潜热,只有夏季才与感热相当,甚至超过感热,这是由于降水主要集中在夏季造成的。同时,两者都呈反位相变化。 (5)2008年3、4月景泰站点的太阳辐射、大气逆辐射日变化与SACOL站基本一致,3月太阳辐射的最大值达800W/m~2,4月都在800W/m~2以上,甚至还有达到1000W/m~2;从两个站看,4月平均的大气逆辐射比3月的变幅大,且景泰观测点的变幅都比榆中的强。这表明,景泰地区3、4月云量的变幅比榆中地区的大。3、4月份温度和相对湿度的日变化都呈反位相关系。 (6)白天,沙尘粒子对近地面层的大气有一定的加热作用,这种作用会加热沙尘过程中带有的水汽,使其蒸发,引起相对湿度降低;而晚上,由于没有太阳辐射,沙尘粒子的加热作用就不存在,近地层大气温度一直保持负值变化,而沙尘过程附带的水汽使相对湿度有所增加,之后又有所减少。


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