近地层通量观测
塔克拉玛干沙漠腹地沙丘温度特征浅析
第２８卷第２期 ２０１０年６月 干 旱 气 象 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｒｉｄ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ＿２８ Ｎｏ．２ Ｊｕｎｅ．２０１０
文章编号：１００６—７６３９（２０１０）一０２—０１３４—０８
引 言 塔克拉玛干沙漠腹地沙丘温度特征浅析
金莉莉 ２ ，何 清 ，李振杰 ，刘 强 ４，黄 洁
（１．中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐８３０００２；２．塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站， 新疆塔中８４１０００；３．新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆乌鲁木齐８３００５４； ４．新疆大学资源与环境学院，新疆乌鲁木齐８３００００；５．新疆且末县塔中气象站，新疆且末８４１０００）
摘要：塔克拉玛干沙漠腹地沙丘温度因不同类型、深度、部位、天气、时段差异很大。利用不同深度、 部位，晴天和沙尘天，裸地与植被，不同植被下的温度观测，浅析其温度分布特征。沙丘表面Ｅｔ最高温 出现在顶部，日最低温和Ｅｔ较差最大值出现在迎风坡。沙丘顶部和迎风坡升温快，降温也快，日较差 大，落沙坡则相反。沙丘顶部、左翼、迎风坡和落沙坡，日变化振幅，浮尘、扬沙天小于晴天。迎风坡和 落沙坡２０ ｃｍ深度，晴天和沙尘天最高最低温度出现时问和沙表层有相反趋势。０～２０ ｅｍ迎风坡和 落沙坡日较差逐渐减小，最高与最低温度出现时间，晴天和沙尘天不同，晴天和沙尘天温度差值在白 天较大。裸地和植被表层沙面温度变化较大，植被阴面日变化振幅小于裸地和植被阳面。裸地和植 被浅层温度变化平缓。红柳和芦苇所在沙堆表层温度日变化较大，梭梭的日变化小，温度最低值均出 现在０７时。 关键词：塔克拉玛干沙漠；沙丘；温度 中图分类号：Ｐ４１２．１１ 文献标识码：Ａ
塔克拉玛干沙漠位于７７～９０。Ｅ，３７～４１。Ｎ之
间，面积３３．７６万ｋｍ 、地理环境复杂多变，是我国 沙尘暴的主要起源地之一，对我国西北干旱区的气
候变化和生态环境有着重要影响。地温是一个重要 的气候指标，目前已有不少学者对地温做了大量的
可调谐半导体激光吸收光谱法监测二氧化碳的通量
第３１卷，第１期 ２ ０ １ １年１月 光谱学与光谱分析 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．１，ｐｐ１８４—１８７ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１１
可调谐半导体激光吸收光谱法监测二氧化碳的通量
宋雪梅，刘建国，张玉钧，曾宗泳，何 莹，崔益本，陈 寅，田勇志，张 亮
中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学中心，中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽合肥２３００３１
摘要含碳温室气体浓度增加所加剧的温室效应是气候变化的重要原因，大面积范围内二氧化碳气体通
量的测量对于评价各类陆地生态系统对大气中主要温室气体浓度的贡献具有重要的意义。可调谐半导体激
光吸收（ＴＤＬＡｓ）光谱技术具有高分辨率、高灵敏度以及快速响应等特点，是痕量气体高灵敏快速监测的新 方法。文章以可调谐分布反馈半导体激光器作为光源，通过波长调制方法对１．５７３ ｍ附近二氧化碳气体某
一吸收线的二次谐波信号测量，结合激光分束技术，实现对不同高度层面７００多米光程范围内二氧化碳气
体浓度的快速在线检测。结合大口径闪烁仪测量出来的莫宁一奥布霍夫长度和特征速度，通过公式计算得到
一天内二氧化碳气体的通量在一１．５～２．５ ｍｇ・（ｍ２・ｓ）－１范围内的波动，突破了目前对近地面痕量气体通
量的监测只能提供局地结果的状况，使大面积范围内痕量气体通量的测量成为可能。
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱；二氧化碳浓度；二氧化碳通量
中图分类号：０４７２．３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—０５９３（２０１１）０１—０１８４—０４
引 言
全球变化已经成为人类最关心的环境问题，它的核心是 气候变化，含碳温室气体浓度增加所加剧的温室效应是气候
变化的主要原因。正确客观的评价各类陆地生态系统对大气
中主要温室气体浓度的贡献是当前全球变化和全球气候、环 境变化研究中的重要内容ｌ＿】Ｊ。
条件采样法测量大气垂直通量
第３０卷第４期 ２００２年８月 气 象科技 ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＶＯ１．３０．ＮＯ．４ Ａｕｇ．，２００２
条件采样法测量大气垂直通量
于海青 丁国安 刘晶淼
（中国气象科学研究院地球环境和全球变化研究中心，北京１０００８１）
摘要长期以来，人们根据陆地生态系统排放（吸收）主要微量成分的基本特征和近地层大气中气体传输的机制， 发展了各类测量方法以满足现场观测的需要。条件采样法是近十几年来基于涡动相关法理论基础上发展起来的
一种微气象学方法，它在国外已经得到了较多的应用。文章着重于条件采样法的介绍，同时对其他几种垂直通量 测量方法：涡度相关法、箱法、梯度法的科学性和实用性进行介绍，并对各种方法进行了比较。 关键词 垂直通量 观测方法 条件采样法
引言
由于大气中某些痕量成分对地气系统辐射过程
的重要作用，其浓度变化的累积结果将会引起地球
气候变化。同时，一些大气成分浓度的变化将引起
其他大气成分浓度的变化，从而间接影响气候。因 此，大气痕量成分的浓度变化对大气贡献的研究变
得越来越重要。土壤排放是大气痕量成分的重要来
源，研究它的排放通量以及近地层大气垂直通量已 成为一项十分重要的研究内容。长期以来，人们根
据陆地生态系统排放（吸收）主要痕量成分的基本特
征和近地层大气中气体传输的机制，发展了各种通 量测量方法。但是，由于陆地生态系统排放和吸收
痕量成分的过程极为复杂，不同痕量成分排放和吸
收之间相互影响，而且这些痕量气体的通量值很低， 给观测带来很大难度。因此，测量大气痕量气体通
量的方法非常关键。近十几年来，基于涡动相关理
论基础上发展起来的条件采样法在国外已得到了较 多的应用，但国内尚未开展。本文将着重介绍条件
采样法，同时对其他通量观测方法：涡度相关法、箱
法、梯度法的科学性和实用性进行介绍。
１条件采样法
条件采样法（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ）是近十几年 才发展起来的一种微气象学方法，它是通过一个快 速响应的垂直速度感应器测量垂直速度脉动，并控
估算地表热通量和近地层土壤含水量的变分方法重点
估算地表热通量和近地层土壤含水量的变分方法
张述文1 邱崇践 1 张卫东 2
1 兰州大学大气科学学院 甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，兰州， 730000
2 兰州大学核科学与技术学院，兰州， 730000
摘 要
提出一种反演地表感热通量、潜热通量和近地层土壤含水量的变分方法，该方法把不同高度上的风速、位温以及湿度梯度的观测资料与MoninObukhov相似理论计算值的偏差、土壤水分蒸发参数化方案估算的蒸发潜热与由相似理论导出值的偏差在地表能量平衡的约束下融合到一个目标泛函数中，采用最优化算法寻求问题的解。利用2001年6月中国暴雨试验与研究项目在安徽肥西观测资料进行了数值验证，结果表明：该方法估算的通量值与Bowen比法具有很好的相关性且又能克服当Bowen比等于-1时计算通量出现的不稳定；同时能克服用廓线法求解热通量与地表能量平衡条件有较大出入的缺点。对观测误差的敏感性试验也表明变分方法是3类方法中最稳定的。反演的近地层土壤含水量对降水具有很好的响应并与观测的0—15 cm深度上平均土壤湿度的变化趋势具有很好的一致性，其绝对偏差小于0.03 m3/m3。
关键词：土壤含水量，感热通量，潜热通量，变分方法。
初稿时间：2006年1月13日；修改稿时间：2006年4月20日。
资助课题：国家自然科学基金项目（40475012），国家重点基础研究发展规划项目(2001CB309404)。
作者简介：张述文，主要从事陆面过程及数据同化方法研究。Email: zhangsw@
北极斯瓦尔巴德地区近地层大气观测研究Ⅰ.平均场特征
北极斯瓦尔巴德地区近地层大气观测研究Ⅰ.平均场特征
刘宇;胡非;邹捍;陆龙骅
【期刊名称】《气候与环境研究》
【年(卷),期】2005(10)1
【摘 要】利用"中国科学探险协会2002年北极科学探险考察"期间,在斯瓦尔巴德地区政府所在地朗伊尔宾城架设的两个自动气象站记录的气象资料,分析了该地区气象要素平均值的日变化,给出了这一极端环境区夏季近地层气象要素的基本物理图像:太阳辐射、大气温度、地表温度和大气湿度等气象要素的日变化都呈单峰分布;地气温差因地而异,不同下垫面类型大气能量的源汇不同;局地环流多种多样,冰川风、海陆风、山谷风相互叠加,主导风向各地不一.
【总页数】9页(P92-100)
【作 者】刘宇;胡非;邹捍;陆龙骅
【作者单位】中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室,北京,100029;中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室,北京,100029;中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室,北京,100029;中国气象科学研究院,北京,100081
【正文语种】中 文
【中图分类】P412
【相关文献】 1.一株北极斯瓦尔巴德群岛重金属耐受菌株的筛选及性质的初步研究 [J], 岑梓牧;李宁梅;丁琛;张琨
2.北极斯瓦尔巴德地区近地层大气观测研究Ⅱ.湍流场特征 [J], 刘宇;胡非;邹捍;陆龙骅
3.北极地区挪威斯瓦尔巴德群岛及冰川地貌综述 [J], 程振波;石学法;吴永华;李小艳;鞠小华;石丰登;程静
4.北极斯瓦尔巴德群岛中部海域表层海水水质研究 [J], 李海源
5.北极斯瓦尔巴德群岛中部海域表层海水水质研究 [J], 李海源
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南方冰雪灾害期间地面水热通量推算及应用试验
南方冰雪灾害期间地面水热通量推算及应用试验
成驰;陈正洪;刘建宇;徐祥德
【摘 要】使用2008年1—2月武汉、南昌、长沙、永州四站逐日气象资料,采用一个水热通量参数计算模型反演我国南方2008年初冰雪灾害发生前后四个代表站地面水热通量变化特征,并尝试利用反演的地面潜热通量值进行地面积雪、融雪预报试验。结果表明：冰雪灾害发生后,地面水热通量参数值发生明显变化,其中向上感热通量明显下降,潜热通量明显上升,净辐射值较低,部分站点为负值;土壤热流量变化较灾害前变化平稳,随灾情发展,深层土壤热量开始逐渐向表层传输;水热通量参数值对分析灾害发生发展期间的能量传输变化特征具有较好的参考价值;利用水热通量模型,结合降雪预报可拟合融雪量和积雪深度,积雪深度拟合绝对误差在5 mm以下。%By using daily meteorological data from 4 stations（Wuhan,Nanchang,Changsha and Yongzhou） from January to February
of 2008 and a water and heat flux calculation model,changing features of
ground water and heat fluxes at 4 stations before and after ice and snow
disaster of early 2008 in South China was inversed,and forecast tests on
ground snow and snowmelt were tried with the inversed ground latent
heat flux.The results show that the ground water and heat flux evolve
significantly with the sensible heat flux decreased and the latent heat flux
简述大气边界层中近地层的主要特点
简述大气边界层中近地层的主要特点？行星边界层一般分为两层：近地层和Ekman层。近地面层是大气边界层的底层，一般为几十米，约为大气边界层高度的1/10 ，随大气边界层厚度的增加或减薄而相应变化。近地面层中，科氏力和气压梯度力的作用相对于湍流切应力可略去不计，大气结构主要依赖于垂直湍流输送。① 近地层较薄，可近似认为动量、热量和水汽垂直湍流输送通量几乎不随高度变化（风向也几乎不随高度改变），各种通量近似为常值，故称为常值通量层;② 大气受地球表面的动力和热力的强烈影响，气象要素的垂直变化激烈，比边界层的中、上部更为显著；③ 运动尺度较小，科氏力可略去不计，风向随高度几乎无变化。在Ekman层，湍流粘性力和柯氏力及气压梯度力同样重要，三者具有相同量级，风向随高度的切变不能忽略，气象要素随高度的变化比较平缓。通常推导大气边界层基本方程的基本思想是什么？（1）边界层的基本控制方程（2）雷诺平均：把方程中的因变量展开成平均和脉动量两部分（3）求方程的雷诺平均的湍流平均变量的方程 （4）利用连续性方程 通量形式的方程（5）从步骤3方程中减去步骤5方程，得到偏离平均的湍流脉动量方程、方差方程和协方差方程的基础方程（6）将湍流脉动量方程乘以速度脉动量 湍流通量方程（7）将基础方程乘以2倍的湍流脉动量
方差方程 （湍流能量方程）请说明流边界层的基本特征。（1）对流边界层的发展不是依赖于较强的风切变导致的动力驱动，地面输送的感热通量是热力驱动湍流能量的来源。（2）各种气象要素除了在近地面层存在明显的梯度外，由于强烈的混合作用，对流边界层的主体部分气象要素梯度很小；在中等以上不稳定时，温度和风随高度接近均匀分布，湍流通量随高度近似线性变化。（3）对流热泡在对流边界层顶的上升冲击，引发自由大气空气团向下卷入边界层，形成了卷夹层；卷夹层以上是无湍流或很弱湍流的自由大气。（4）对流热泡尺度大、寿命长、携带的湍流能量也大，导致对流边界层内各气象属性的垂直分布比较均匀，具有整体的空间结构以及较强的时间相关。请指出稳定边界层的一般特征。（1）稳定边界层的共同特征是有逆温层，此时浮力的作用不但不能给湍流补充动能，相反，湍流微团在垂直运动中因反抗重力作功而损失动能，所以湍流能量很弱。但因有切应力的作用，湍流不会完全消失，维持在弱的水平上，仍是一个不可忽略的因子。湍流热交换过程并不占优势，而其它的热交换过程例如辐射、平流、气层的抬升及地形等的影响与湍流热交换过程的影响相当。（2）理论分析和实验事实均表明，当浮力引起的湍流动能损失达到切应力产生动能的1/5左右（通量理查孙数Rf = 0.2） ，湍流便会因连续不断地耗散而衰竭。稳定边界层的湍流结构在空间和时间上出现不连续，形成所谓的间歇性湍流或波与间歇性湍流共存。（3）因湍流很弱，湍涡尺度小，边界层不同层次之间的相互作用减弱，地面强迫对边界层的响应放缓。下垫表面的强制作用达到边界层顶所需的时间尺度可长达数个小时，形成分层式湍流，故边界层往往不能作为整体处理。例如，由地面参量计算的莫宁—奥布霍夫长度值不能代表边界层中、上层的情况。（4）各种特征量在边界层顶没有明显的过渡特征，难于确定层顶的位置。当湍流充分发展时，其能谱通常可分为哪些区？并简单指出各个区的主要特征。当湍流达到充分发展的状态时，其能谱可以分为三个区：含能区、惯性区与耗散区。含能区——从大尺度湍涡得到能量而传递给较小尺度湍涡，大部分湍能集中在该区。典型的长度尺度约为几米到几公里，对应的时间尺度是几十秒到几十分钟。在该区内，普函数取决于风速、粗糙度和边界层厚度等特征量。惯性区——典型长度尺度（波长）比离地表面距离小。该区内湍能只是从较大的涡传递给较小的涡，能量既不增加也不损耗，只是起到由低频向高频的惯性传递作用。该区内湍流可以近似地看做是局地各向同性。
安徽省寿县农田能量平衡评价
第２２卷第３期 ２０１１年６月 应用气象学报 ＪＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＡＰＰＩ ＩＥＤ ＭＥＴＥＯＲＯＩ ＯＧＩＣＡＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＶｏＩ．２２，ＮＯ．３ Ｊｕｎｅ ２０１１
田红，伍琼，童应祥．安徽省寿县农田能量平衡评价．应用气象学报，２０１１，２２（３）：３５６～３６１
安徽省寿县农田能量平衡评价
田 红” 伍 琼。 童应祥。’
”（安徽省气候中心，合肥２３００３１） （安徽省寿县国家气候观象台，寿县２３２２００）
（安徽省六安市气象局，六安２３７０１１）
摘 要
为了评估安徽省寿县国家气候观象台新增的近地层通量观测系统业务运行状况，利用２００７年９月 ２００８年８
月寿县近地层通量系统观测资料，分析了农田下垫面能量平衡情况。结果表明：全年能量平衡比率平均为０．８９，但
不同条件下存在差异：白天明显大于夜间，春、夏、秋季明显大于冬季，裸地和麦、稻田明显大于雪地，晴、昙、阴、雨
天气情况下差异不大。总体来说，能量不平衡是通量观测中较为普遍的现象，一般认为不平衡程度在１０ ～３Ｏ
为合理范围，寿县国家气候观象台全年的能量不平衡程度（１１ ）恰好属于这个范围，并接近不平衡程度的＿Ｆ限，说
明涡度相关法在淮河流域农田生态系统通量观测中可靠性较高。
关键词：能量平衡；通量；涡度相关法；农田；安徽省寿县
引 言
在农田生态系统中，从外界获得的能量主要是
净辐射能，用以支出消耗于农田蒸散、空气热交换、
加热土壤以及极少部分储存为光合能。净辐射能在
系统内部各项的分配比例及规律一直是现代农田生
态学、农业气象学和水文学等学科研究的热点问
题ｕ］。经过近５０年的发展，涡度相关方法（或涡动
协方差方法，简称ＥＣ）无疑仍是当前地气交换研究
中最先进和首选的通量观测方法，全球各地对各类
生态系统的ｃＯ。，Ｈ。Ｏ和能量通量进行长期观测的
涡度相关通量测定站点超过５００个，积累了大量资
料和相关研究成果［２删。如何评价涡度相关观测数
近地层通量观测系统采集数据文件格.(DOC)
近地边界层通量观测系统采集数据文件格式
（2006.10.25）
近地边界层通量观测主要包括近地边界层大气温度、风、湿度、辐射、气压、降水量、蒸发量、土壤温度、土壤湿度、土壤热通量、地下水位、物质通量（水汽、碳通量）观测及热量、动量通量等要素观测，以此来获取不同代表性下垫面区域上大气边界层的动力、热力结构，多圈层相互作用过程中各种能量收支、物质交换等的综合信息。
近地边界层通量观测系统采集数据文件包括由数据采集器处理后，通过终端计算机处理软件直接存储到计算机硬盘中的数据文件。数据文件分为湍流观测、梯度观测和风能观测三大类，其中湍流观测数据文件包括两类：一类是用来计算通量的高频原始数据（一般10Hz），用于后期做各种数据运算和处理；另一类是数据采集器在线计算得到的通量，以及计算通量运算中所需要的各种统计量，还包括能量平衡中常规传感器的测量结果。梯度观测数据除满足《地面气象观测规范》的要求外，同时需满足用于近地面边界层能量收支平衡的分析处理。风能观测数据是利用通量观测系统而获取除梯度观测资料以外的风资料，它也可以作为梯度观测资料的补充。
1 组成
近地边界层通量观测系统采集数据文件由以下文件组成：
分类 文件名称 内容
湍流观测 PBL_FLUX_O_IIiii_YYYYMMDDHH.TXT 逐时高频采样数据文件，每站每时一个
PBL_FLUX_S_IIiii_YYYYMM.TXT 全月逐日每半小时通量数据文件，每站每月一个
梯度观测 PBL_VG_M_IIiii_YYYYMMDD.TXT 梯度观测分钟数据文件，每站每日一个
PBL_VG_FT_IIiii_YYYYMM.TXT 全月逐日每半小时梯度观测要素值，每站每月一个
风能观测 PBL_ WE_USO_ IIiii_YYYYMMDDHH.TXT 通量观测系统中用于风能观测的三维超声风温仪采集得到的高频采样（10Hz）的数据文件，每站每时一个
PBL_WE_USM_IIiii_YYYYMMDD.TXT 通量观测系统中用于风能观测的三维超声风温仪统计得到的每10分钟平均值的数据文件，每站每日一个
锡林浩特国家气候观象台观测系统发展的思考
４２ 内蒙古气象 ２０１３年第３期
文章编号：１００５—８６５６（２０１３）０３—００４２—０２
锡林浩特国家气候观象台观测系统发展的思考
吕向伟
（内蒙占气象局，内蒙古呼和浩特０１００５１）
摘要：锡林浩特国家气候观象台是全区乃至全国观测项目最多、重要性最强的气象台站之一，但在近』Ｌ年的
发展过程中遇到了一些问题。文章晕点分析了锡林浩特国家气候观象台观测系统的组成和存在的问题．探讨了推 进锡林浩特困家气候观象台观测系统发展的思路。 关键词：观测系统；观象台；思考
中图分类号：Ｐ４１２ 文献标识码：Ｂ
弓Ｉ言
锡林浩特国家气候观象台建设以来．已经积累
了一定量的观测资料，但在观测资料的分析使用、发
挥观象台建设效益上仍存在着一些亟待解决的问
题。结合锡林浩特国家气候观象台的功能定位和业
务实际，针对存在的问题，探讨推进锡林浩特观象台
观测系统发展的思路尤为重要
１锡林浩特国家气候观象台功能定位
《国家气候观象台功能设计》将国家气候观象台
功能定位为：“开展与气候变化相关的多圈层要素及
其相互作用影响的观测业务与分析、评估、服务的综
合机构。”观象台建设完成后可以实现“为气候与气
候变化的分析、监测、预测、评估服务，为气候模式系
统的技术发展，气候变化应对工程与决策系统提供
地球多圈层基础观测资料及其初级产品。”的业务目
标和“研究不同代表性的下垫面能量收支与通量输
送特征，区域水分收支，即水分循环过程特征；陆一
气相互作用过程物理参数；人类活动影响环境效应
（生态、温室气体、气溶胶等冈素）”的科学目标。
２锡林浩特观象台观测业务系统组成和存在的主
要问题
锡林浩特国家气候观象台作为以典型草原为陆
面特征的边界层结构与全球变化区域响应莺点观测
区，按照国家气候观象台功能定位，建设和开展了典
型草原区域大气与陆地生态系统问相互作用和反馈
机制方面的观测项目，如碳通量、地气间的颗粒物交
换。开展气候变化对生态环境的影响和生态系统对