（自然地理学专业论文）额济纳绿洲地表能量与水分特征分析及数值模拟研究.pdf

摘要 摘要 绿洲是我国西北干旱区生态环境的核心，绿洲的发展、维持与退化对该地 的人民生活水平及生存条件有着重要的影响。目前国际上开展的大型研究计划较 少关注绿洲系统这类小尺度生态环境系统，人们对绿洲系统水热循环特征及其与 气候变化的关系还缺乏统一的认识。由于绿洲依存于特殊的自然环境，绿洲系统 的能量和水分的循环也会有其独特的规律。了解绿洲系统能量和水分循环过程， 有助于研究绿洲的维持和退化机理，认识绿洲系统演化过程。 本文首先分析了额济纳绿洲与戈壁两种典型下垫面小气候特征的差别，表 明绿洲具有调节近地层大气及地表温度、降低风速、提高大气湿度等重要的生态 作用。根据额济纳绿洲取得的湍流观测资料，讨论了无量纲湍流方差与稳定度的 关系，计算了空气动力粗糙度、动量总体输送系数c h 和动量总体输送系数c d ， 研究了湍流总动能及湍流强度随风速和稳定度的变化。利用梯度资料、b o w c n 比观测系统资料，针对目前通量的计算方法进行研究。将几种经典普适函数 0 3 u s i n g e r , d y e r , p r u i t t 函数) 应用到空气动力学方法中来求解近地层通量值，并与 涡动相关结果进行了对比。 论文接着根据额济纳绿洲不同类型下垫面的观测资料，研究了该地区不同 生态系统的辐射状况以及热量平衡规律，计算了地表热量平衡各分量的变化特 征。另外，还对比分析了额济纳绿洲与戈壁夏季地表能量特征，研究表明绿洲的 存在具有明显的生态环境调节能力。 然后利用波文比能量平衡法计算了柽柳及芦苇蒸散变化特征，分析结果表 明影响蒸散的环境因子主要为净辐射、土壤温度的升高值、空气温度等。柽柳、 芦苇蒸散量随着地下水位的下降呈现下降趋势，降水与蒸散平衡关系的试验结果 表明降水不能满足蒸散的需要，蒸散主要来源于地下水。 论文最后以观测资料作强迫驱动，利用l s m 模式对绿洲陆面过程特征进行 模拟。结果显示模式能够模拟绿洲下垫面的陆面过程日变化特点，模拟的近地层 通量及各层土壤温度同观测值比较一致。另外，通过改变模式土壤含水量初值， 研究了l s m 陆面过程模式的敏感性，试验表明当增加土壤含水量后，陆面特征 均有较强的变化。 关键词：绿洲，小气候特征，湍流特征， 能量平衡，蒸散， 陆面过程模式 a b s t r a c i a b s t r a c t t h eo a s i si st h ee n v i r o n m e n tc o r ei nt h ea r i dr e g i o n s t h ed e v e l o p m e n t ， m a i n t a i n a b i l i t ya n dd e g e n e r a t i o no ft h eo a s i sh a v eg r e a te f f e c to nt h ep e o p l e sl i v e s t a n da n dt h ec o n d i t i o no fs u b s i s t e n c e a tt h ep r e s e n t ，t h ei n t e r n a t i o n a lp r o j e c tp a i d a t t e n t i o nl e s so no a s i ss y s t e m ；r e s e a r c h e rs t i l li s n tc o m m o ni s s u eo ne n e r g ya n d m o i s t u r ec i r c l ei no a s i ss y s t e m d u et ot h eo a s i si ns p e c i a le n v i r o n m e n t ，t h ee n e r g y a n dm o i s t u r ec i r c l eh a v eu n i q u er u l e n ec l e a rc o g n i t i o nt ot h ee n e r g ya n dm o i s t u r e c i r c l e p r o c e s si n t h eo a s i ss y s t e mw i l l h e l pu ss t u d yt h em e c h a n i s mo ft h e m a i n t a i n a b i l i t ya n dd e g e n e r a t i o n a f t e ra n a l y s i so fd i f f e r e n tm i c r o c l i m a t ec h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e no a s i sa n dg o b i ， t h eo a s i ss y s t e mc a r l c h a n g e t h en e a rs u r f a c e a t m o s p h e r i c c u r r e n ta n de a r t h t e m p e r a t u r e ，i n c r e a s i n gh u m i d i t y , d e c r e a s i n gw i n ds p e e dm a do t h e re c o l o g i c a l s i g n i f i c a n c e d e p e n do nt h et u r b u l e n td a t ao b t a i n e di ne j i no a s i s ，d i s c u s st h er e l a t i o n b e t w e e nt h en o n d i m e n s i o n a lt u r b u l e n tv a r i a n c e sa n dt h es t a b i l i t yp a r a m e t e rz l ， c a l c u l a t et h ea e r o d y n a m i cr o u g h n e s sl e n g t hz 0 ，t h ez e r o p l a n ed i s p l a c e m e n t ，t h e m o m e n t u md r a gc o e f f i c i e n tc d ，w a t e ra n dh e a td r a gc o e f f i c i e n tc h a c c o r d i n gt o o b s e r v e dd a t ao f t h ew i n d ，t e m p e r a t u r ep r o f i l e ，t h ep a p e rs t u d i e st h ec u r r e n tm e t h o do f c o u n t i n gt h e n e a rs u r f a c ef l u x f i n a l l na p p l y i n gs e v e r a lc l a s s i c a lf l u x - p r o f i l e r e l a t i o n s h i p s ( s u c ha sb u s i n g e r , d y e gp m i t t ) i nt h em e t h o do fa e r o d y n a m i c sc a l c u l a t e t h ef l u xn e a rt h es u r f a c e ，t h e n , c o m p a r i n ga b o v er e s u l t sw i t ht h er e s u l t so b s e r v e db y e d d yc o v a r i a n c es y s t e m a c c o r d i n gt ot h eo b s e r v a t i o nd a t ao fd i f f e r e n tu n d e r l y i n gs u r f a c e ，t h ep a p e ra l s o s t u d y i n go ft h er a d i a t i o nc o n d i t i o na n dt h el a wo fe n e r g yb a l a n c ei nt h ee j i no a s i s ， c a l c u l a t i n gt h ev a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h ec o m p o n e n t so fs u r f a c ee n e r g yb a l a n c e ， c o m p a r i n g t h es u r f a c ee n e r g yc h a r a c t e r i s t i c so ft h ee j i n ao a s i sw i t ht h a to ft h eg o b ii n s u m m e r , i n d i c a t e st h a tt h ee x i s t e n c eo fo a s i sh a so b v i o u s l ya d j u s t i v ec a p a b i l i t yi nt h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t t h ev a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h ee v a p o t r a n s p i r a t i o ni nt a m a r i xs p pa n db u l r u s h a r ec a l c u l a t i n gb yt h em e t h o do fb o w e nr a t i o - e n e r g yb a l a n c e t h er e s u l t si n d i c a t et h a t t h ef a c t o r sa f f e c t e dt h ee v a p o t r a n s p i r a t i o na r en e tr a d i a t i o n ，t h ev a r i e t yo fs o i l t e m p e r a t u r e ，t h ea t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r ea n d s oo n t h ee v a p o t r a n s p i r a t i o no f t a m a r i xs p pa n db u l r u s hw i l ld e c r e a s ew i t ht h ed e c l i n eo ft h eu n d e r g r o u n d sw a t e r 垒! ! 坚璺 h e i g h t t h e t e s to ft h er e l a t i o nb e t w e e np r e c i p i t a t i o n a n dt h eb a l a n c eo f e v a p o t r a n s p i r a t i o n i n d i c a t et h a tt h e p r e c i p i t a t i o n c a n t s a t i s f y t h en e e do f e v a p o t r a n s p i r a t i o na n dt h ee v a p o 仃a n s p i r a t i o nm a i n l yc o m e sf r o mt h eu n d e r g r o u n d w a t e r l a s t ，u s i n gt h eo b s e r v a t i o nd a t aa n dt h el s mm o d e l ，t h ep a p e rs i m u l a t e st h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h el a n dp r o c e s si 1 1o a s i s t h er e s u l t ss h o wt h em o d e lc a ns i m u l a t e t h ed a i l yv a r i a t i o nc h a r a c t e r si nt h eo a s i s t h es i m u l a t i v ef l u xn e a rt h es u r f a c ea n dt h e s o i lt e m p e r a t u r ei ne a c hl a y e ra r ec o n s i s t e n tw i t ht h eo b s e r v a t i o n t h et e s to ft h e s e n s i b i l i t yo fl s mm o d e lt oi n i t i a lv a l u eo ft h es o i lm o i s t u r ec o n t e n ti n d i c a t e sw h e n t h es o i lm o i s t u r ec o n t e n ti n c r e a s e d ，t h el a n dc h a r a c t e r sw i l lc h a n g eb i g g i s h k e yw o r d s ： o a s i s ， m i e r o e l i m a t ec h a r a c t e r i s t i c ，t u r b u l e n tc h a r a c t e r i s t i c , e n e r g yb a l a n c e ，e v a p o t r a n s p i r a t i o n ，l a n ds u r f a c ep r o c e s s e sm o d e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 全球变化研究是2 0 世纪8 0 年代兴起的跨学科、综合性的国际合作研究活 动。参加国际全球变化研究的许多国家都成立了各自的国家委员会并制定了本国 的全球变化研究计划。经过多年研究，人们逐渐认识到人类居住的环境变化不仅 是局部的、地区性的，更是全球规模的，因此需要全面深入的认识地球上进行的 物理过程、化学过程和生物过程之间复杂的相互作用，才能进一步解释全球变化 过程。从上个世纪8 0 年代后期至今，全球变化的研究在国际科学界展开，集中 表现在当前正在进行的几个全球性合作计划，如全球能量与水分循环实验 ( g e w e xg l o b a le n e r g ya n dw a t e rc y e l ee x p e r i m e n t ) ，国际地球生物圈计划 ( i g b pi n t e r n a t i o n a lg e o s p h e r e - b i o s p h e r ep r o g r a m ) ，政府问气候变化专业委员会 ( i p c ci n t e r g o v e m m e n tp a n e lo nc l i m a t ec h a n g e ) 等。 气候和环境变化及其相互作用对经济社会发展具有深远影响，它已成为当 前科学的主要议题。国际上已开展了w c r p 和i g b p 等研究气候和环境变化的重 大研究计划。但这些国际上大型研究计划均较少关注像我国西北地区绿洲系统这 类小尺度生态环境系统的水热循环特征及其与气候变化的关系，这也许与绿洲在 发达国家缺乏重要性有关。但在我国以及非洲和中亚一些国家，绿洲对国家的生 存和发展具有相当重要的作用。由于绿洲依存于特殊的自然环境，靠特有自然因 素来维持，所以绿洲系统的能量和水分循环也会有其独特的规律，它独有的能量 和水分循环过程支配着绿洲系统演化过程。绿洲系统与区域气候密切相关，一方 面，绿洲由于在干旱区分布比较r 4 泛，它对区域气候的影响是不可忽视的。另一 方面，绿洲系统是相对脆弱的生态系统，它对气候变化的响应无疑会比较敏感。 我国西北于早区是全球主要干旱医之一，其生态环境特点是，降水主要发 生在高山地区，蒸发消耗主要在l u 前平原实现，最显著的地理特点是由山地一绿 洲一荒漠构成的以水连接的自然环境有机链条。该地区9 5 以上为荒漠地，依靠 面积不到该地区4 5 的绿洲养育着该地区9 5 以上的人口，所以沙漠绿洲是 干旱区的生态环境的核心，是西北地区工农业生产的主要基地。目前，两北干旱 区面临十分严峻的生态环境问题，冰川面积在锐减，雪线在明显上升，湖泊在迅 额济纳绿洲地表能量与水分特征分析及数值模拟研究 速萎缩甚至干枯。由此引起了一系列严重的生态退化问题，例如山区水源涵养林 的生态状况在恶化，内陆河下游尾间端绿洲在退化甚至消亡。这些生态环境问题 不仅对内陆河流域的水循环过程有深远影响，而且对该地区人类生存环境也构成 了巨大威胁。绿洲的发展、维持与退化对该地区的人民生活水平及生存条件有着 重要的影响。绿洲的稳定维持与发展在一定程度上取决于绿洲内外的环境状态， 因此对绿洲系统陆面特征有一个比较清楚的认识，将有助于研究绿洲的维持和退 化机理。 不同下垫面生态环境的能量输送特征有着很大差异，研究不同下垫面生态 条件下能量和物质的输送过程是陆地大气间相互作用过程研究的重要组成部分， 也是国际地圈生物圈计划( i g b p ) 中水循环的生物学过程研究( b a h c ) 的主要 内容。在陆面过程中，湍流通量是地气交换的主要方式，计算绿洲典型下垫面地 表参数，为提高模式模拟性能的基础。水是维持额济纳绿洲生态系统最重要的因 素，计算典型植被蒸散耗水规律，对科学计算该地区生态系统最低耗水量有重要 意义，同时也为黑河流域分水提供科学依据。数值模拟是研究陆气相互作用的主 要方法，因此通过模拟试验，了解陆面过程模式在西北干旱区绿洲的适用性及敏 感性，可为进一步提高气候模式的模拟性能提供依据。 1 2 陆面过程的研究进展 陆地表面与大气相互作用主要是指控制地表面与大气之间热量、水分和动 量通量的那些现象，它们可以对大气环流和气候产生一定的影响。主要表现在以 下三个方面：一是表面与大气之间的辐射交换，二是表面粗糙元对大气运动的摩 擦拖曳，三是表面与大气的感热和潜热交换。从严格的意义上讲，它应该包括陆 面上发生的所有的物理、化学、生物和水文等过程，以及这些过程与大气之间的 相互作用，其时间尺度可以从微秒到万古，空间尺度可以从分子到全球。它包括 了全球系统五大圈( 大气圈、岩石圈、生物圈、水圈和人类圈) 中几乎所有的圈 层。陆气相互作用对于全球与区域环境有着重要影响，为了使大气环流模式( g c m ) 能真实反映地球物理与生物化学过程，我们需要研究典型下垫面上的陆气相互作 用，以便正确确定陆气界面的通量和参数化方案。近年来，人们认识到陆气交界 面上的水热传输过程与覆盖陆地的植被状况有着密切的关系，并且植被覆盖程度 和状态的改变对气候的影响己引起了大家的关注。因为它直接制约着近地面层动 2 第一章绪论 量、热量和水分等物质的交换和平衡，是形成局地和区域乃至全球气候的重要因 子。 2 0 世纪6 0 年代至8 0 年代初，人们利用各种不同版本的g c m ( 大气模式) 对 地表特性如土壤湿度、雪盖( 反照度) 等的变化对短期气候及水文过程的影响进 行了一系列的敏感性实验，证实了地表的辐射收支、地表曳力和b o w e n 比的变 化对大尺度的风温湿及降水场有着显著的影响。2 0 世纪6 0 年代末第一代g c m 出现后，陆面过程就一直作为g c m 的一个分量来表达，以保证地气系统的能量 和水分守恒。m a n a b e ( 1 9 6 9 ) 首先在大气模式中引入陆面模式即吊桶模式 ( b u c k e t ) 。吊桶模式用空气动力学总体输送公式和几个均匀的陆地表面参数简 单地参数化土壤水的蒸发和地表径流。随着气象学家对陆面的进一步研究， d e a r d o r f f ( 1 9 7 8 ) 提出大叶模型，在模式中开始考虑植被冠层对陆面过程的影响。 随后，d i c k i n s o n ( 1 9 8 6 ，1 9 9 3 ) 的b a t s 模式，s e l l e r s ( 1 9 8 6 ) 的s i b 模式及不同详尽 程度的2 0 多个陆面过程模式在此基础上提出和发展起来。 随着人们对陆面生态及水文过程的重视，在全球不同气候区对代表性的生 物及流域进行了大规模的国际间合作的陆面过程观测研究，并在观测研究的基础 上建立并发展了可以较为准确地描述土壤及植被中的水热运动及其与大气之间 的能量和物质交换的陆面过程模式。在试验研究中包括法国中部开展的h a p e x m o bi l h y 计划( 中尺度森林、农田、草原等复杂植被下垫面) ；美国k a n s a s 草原开展的f i f e 试验( 1 5 k m 人工草场) ；中国和日本在甘肃黑河流域进行的 h e i f e 实验( 戈壁、绿洲、沙漠等复杂下垫面) ：欧卅i 共同体进行的沙漠化威胁地 区试验( e f e d a ) ；以及美巴合作的亚马逊流域试验；大尺度的美国密西西比流 域试验等。据不完全统计，这类实验( 以完成的和计划中的) 有4 0 多个，其基本 目标是对代表性的生物、地理、气候区域的陆面过程及参数化方法与精度进行改 进。 2 0 世纪9 0 年代随着对植物生理学和生态学研究的目益深入，以及卫星遥感 技术的发展，陆面过程的研究可以考虑陆地生态系统和气候的相互作用。在陆面 模式中考虑植物吸收c 0 2 进行光合作用的生物化学机理。b o n a n ( 1 9 9 6 ) 发展了 n c a r l s m 模式，s e l l e r s ( 1 9 9 6 ) 则在原来的大叶模式基础上建立了s i b 2 模式， n c a r 建立了c l m 模式，更真实的反映了陆气之间能量、水分的分配，重要的 是考虑了碳循环。国内，赵鸣等( 1 9 9 5 ) 在b a t s 基础上，通过引进近地层，发展 额济纳绿洲地表能量与水分特征分析及数值模拟研究 了一个土壤一植被一大气相互作用模式z s v a t 。张晶等( 1 9 9 8 ) 则在b a t s 的基 础上发展了l p m z d 陆面过程模式，d a i ( 1 9 9 7 ) 等发展了一个综合陆面过程模式 i a p 9 4 。这一阶段研究的特点是在模式中引进了植被光合作用，结合考虑陆气相 互作用的物理过程和生化过程。 1 3 绿洲的研究进展 地理学定义的绿洲具有如下特点：( 1 ) 绿洲是存在于干旱区的特殊生态系 统。干旱区以外位于其它类型地理区中与周围环境形成对比的密集植被地段不能 被定义为绿洲。( 2 ) 绿洲的主体景观是繁茂的植被，它们形成了与周围环境成鲜 明对比的植物群落。( 3 ) 水是绿洲形成和维持的根本要素，绿洲的植被依赖于来 自系统外( 山区) 的地表和地下水，天然降水在绿洲中不具有重要的生态意义： 相反的，荒漠植被主要依赖当地的天然降水生存，以此界定干旱区绿洲与非绿溯 的界限。现代绿洲是干旱区人类生存最重要的基地，密集的人类活动是现代绿洲 的特征。绿洲是干旱区特殊的地理景观，同时也是最重要的人地关系地域系统。 西北绿洲的形成主要是由天山和祁连山高山积雪融化和丰富的地形降水形 成的内陆河提供了水资源，通过人工培育和维护形成。但随着气候变化和水资源 的变化，有些绿洲萎缩，对农业生产和生存环境造成影响。高原和西北干旱区气 候变化会明显影响出山径流，对我国广大地区，特别是西北地区的水资源有非常 重要的影响。这一地区的气候变化不仅仅影响本地区环境变化，它通过气候系统 内部的各种反馈过程影响到较大范围，因而必须对该地区的气候变化预测问题引 起足够的重视。 我国地理工作者对绿洲作了大量的研究，如王根绪( 2 0 0 0 ) 以额济纳荒漠 绿洲为研究对象，指出河流廊道是干旱区荒漠绿洲的主要生态流，河流廊道的变 化是导致荒漠绿洲景观格局变化的驱动力：潘晓玲( 2 0 0 1 ) 对绿洲生态系统的动 态稳定性作了初步探讨，并指出绿洲生态系统的稳定实际上是绿洲和荒漠环境相 互作用，特别是绿洲局地环流和大尺度气候系统相互作用的问题；王永兴( 2 0 0 0 ) 讨论了与绿洲生态系统密切相关的重要环境要素的特点，以及绿洲生态系统的结 构特点和运行机制；罗格平( 2 0 0 3 ) 分析了干旱区绿洲土地利用与覆被变化过程： 徐中民( 2 0 0 2 ) 评估了额济纳旗生态系统恢复的总经济价值。西北绿洲一般地处 荒漠地区，其能量与水分循环有独特之处。戈壁与绿洲，是两种物理特性差异显 第一章绪论 著的下垫面状态，对大气边界层特征的影响是明显的。大气科学工作者也在绿洲 研究方面取得了许多成果，苏从先( 1 9 8 7 ) 等发现了绿洲的“冷岛效应”：胡隐樵 等( 1 9 9 2 ) 用实验资料得到了干旱区戈壁和沙漠地表能量平衡特征；张强等( 2 0 0 5 ) 也进行了系列绿洲与戈壁的小气候特征分析；高艳红等( 2 0 0 4 ) 模拟了绿洲维 持的最小尺度及不同绿洲分布对局地气候的影响，为荒漠化治理提供了一定的理 论依据。 1 4 本文的研究内容 黑河流域自然环境多样，半干旱与干早区相依并存，冰雪高山，山地与河 谷同处共生，在西北干旱区研究中有着特殊的地位。面对流域特殊的自然环境， 有许多需要亟待解决和回答的重大科学问题，例如，气候变化、水资源、水土流 失、荒漠化、生物多样性等等，这些问题中既有各自的基础科学问题，又有相互 联系、多学科交叉问题。过去上述方面已进行了大量研究工作，但对一些地区的 科学认识还不完全，不能完全回答内陆河流域持续开发中需要回答的科学问题。 基于以上需要，中科院于2 0 0 0 - - 2 0 0 6 年在黑河流域开展了黑河流域水生态经 济系统综合管理试验示范课题和内陆河流域水热动力过程与其生态环境空间 演化等多项科研项目，在黑河下游额济纳绿洲建立了试验观测场并进行了相关 试验研究，对以前的一些试验进行了补充和加深。 不同下垫面生态环境的能量输送特征有着很大差异，研究不同下垫面生态 条件下能量和物质的输送过程是陆地大气间相互作用过程研究的重要组成部分， 也是国际地圈生物圈计划( i g b p ) 中水循环的生物学过程研究( b a h c ) 的主要 内容。绿洲内外不同的生态类型在相互作用过程中形成了生态系统之间的自然平 衡。为了揭示它们相互作用的机制，对绿洲生态系统地表能量和物质输送以及小 气候特征进行分析十分重要。 绿洲与戈壁是干旱区内两种典型的下垫面类型，绿洲被周围戈壁所包围，其 小气候特征与戈壁有着本质上的差别。绿洲内地表粗糙度大，以风速切变控制着 绿洲的动量湍流通量，而在戈壁主要是由热力稳定度所控制。绿洲地表存在茂密 植被和湿润土壤，对近地面层大气的降温和增湿的小气候效应。绿洲和戈壁是小 气候差异十分明显生态环境类型，绿洲具有调节近地层大气及地表温度、降低风 速、提高大气湿度、减少风力侵蚀等的生态作用。 额济纳绿洲地表能量与水分特征分析及数值模拟研究 在陆面过程中，湍流通量是地气交换的主要方式，无量纲湍流方差与稳定度 的关系，一般是无量纲风速分量吒玑、吒玑和吼巩在不稳定层结与稳定度z l 满足l 3 次方律，符合m o n i n o b k u h o v 相似理论。无量纲温度脉动方差和湿度脉 动方差在对流状态下与z l 满足1 3 次方律。动力学粗糙度、动量整体输送系 数、热量整体输送系数是模式计算地表通量的主要参数，不同下垫面的地表参数 存在明显差异，详细描述这些地表参数，是提高模式模拟性能的前提。空气动力 学方法是计算近地层地表通量的常用方法之一，利用不同的普适函数会得到不 样的结果，因此也需要给出最适合的求解方案。 水是维持额济纳绿洲生态系统最重要的因素，计算典型下垫面耗水变化规 律，对科学计算该地区植被最低耗水量有重要意义，同时也为黑河流域分水提供 科学依据。为此，计算并分析额济纳绿洲蒸散耗水规律及其影响因子，可为额济 纳水分管理的优化提供必要的水分生态理论依据。 数值模拟是研究陆气相互作用的主要方法，陆面过程模式是气候模式的主要 分量，陆面过程模式的准确与否对气候变化模拟有很大的影响，因此需要通过模 拟试验，了解陆面过程模式在西北干旱区绿洲不同下垫面的适用性及敏感性，可 为进一步提高气候模式的模拟性能提供依据。 基于以上需要，论文主要安排如下： 首先分析了额济纳绿洲与戈壁两种典型下垫面小气候特征的差别；讨论了 绿洲柽柳林下垫面无量纲湍流方差与稳定度的关系，计算了空气动力粗糙度以及 整体输送系数；利用几种经典普适函数求解了近地层通量值并比较了他们之间的 差异。根据在额济纳绿洲不同类型下垫面的观测资料，研究了该地区不同生态系 统的辐射状况以及热量平衡规律。分析了绿洲内柽柳及芦苇蒸散变化特征及影响 蒸散的主要环境因子；分析了蒸散量与地下水位、降水的关系。最后利用l s m 模式模拟了绿洲下垫面陆面过程特征，研究了l s m 陆面过程模式对土壤含水量 初值的敏感性。 参考文献 1 a v i s s a rr ，c h e nf id e v e l o p m e n ta n da n a l y s i so fp r o g n o s t i ce q u a t i o n sf o rm e s o s c a l ek i n e t i c e n e r g ya n dm e s o s c a l e ( s u b g r i ds c a l e ) f l u x e sf o rl a r g e 2 s c a l ea t m o s p h e r i cm o d e l ja t m o ss c i ， 1 9 9 3 5 0 ：3 7 5 1 - 3 7 7 4 2 d i c k i n s o nr e c h a n g e si nl a n d u s e i n ：c l i m a t es y s t e mm o d e l i n g i n ：t r e n b e r t hkee d 6 第一章绪论 c a m b r i d g eu n i v e r s i t yp r e s s ，1 9 9 31 6 8 9 7 0 1 3 d e a r d or f fjw1e f f i c i e n tpr e d i e t i o no fg r o u n ds u r f a c et e m p e r a t u r e a n dm o i s t u r e w i t h i n c l u s i o no f al a y e ro f v e g e t a t i o n ijg e o p h y sr e s ，1 9 7 8 ，8 3 ( 4 ) ：1 8 8 9 一1 9 0 3 4 n o i h a nj ，la c a r r e r epg c mg r i ds c a l ee v a p o r a t i o nf r o mm e s o s c a l em o d e l i n gjc l i m a t e ， 1 9 9 5 8 ：2 0 6 2 2 3 5 l y n nbh ，a b r a m o p o u l o sf ，a v i s s a rr u s i n gs i m i l a r i t yt h e r o r yt op a r a m e t e r i z em e s o s c a l e h e a tf l u x e sg e n e r a t e db ys u b g r i d s c a l el a n d s c a p ed i s c o n t i n u i t i e si ng c ms jc l i m a t e ，1 9 9 5 ，8 9 3 2 9 5 1 6 m a s o npj t h ef o r m a t i o no fa r e aa v e r a g e dr o u g h n e s sl e n g t h s q u a r tjr o ym e t e o rs o c ， 1 9 8 8 1 1 4 ：3 9 9 - 4 2 0 7 s e g a l m ，a r r i t trw1 n o n c l a s s i c a l m e s os c a l ec i r c u l a t i o n sc a u s e db ys u r f a c es e n s i b l eh e a t f l u xg r a d i e n b b u l l a m e rm o t e o r s o c ，1 9 9 2 ，7 3 ：1 5 9 3 1 6 0 4 8 ，s e l l e r spj ，h a l lfgas r a rge ta 1 a no v e r v i e wo ft h ef j r s li n t e s n a t i o n a ls a t a l l i t el a n d s u r f a c ec l i m a t o l o g yp r o j e c t ( i s ls c p ) f i e l de x p e r i m e n t ( f i f e ) jg e o p h y sr e s ，l9 9 2 ，9 7 ( d 1 7 ) ：1 8 3 4 5 - 1 8 3 7 1 9 s e l l e r spj ，h a l lfg 1fi f ei n1 9 9 2 ：r e s u l t s ，s c i e n t i f i cg a i n s ，a n df u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o n s jg e o p b yr e s ，1 9 9 2 ，9 7 ( d 1 7 ) ：1 9 0 9 1 1 9 1 0 9 10 m a n a b es c l i m a t ea n dt h eo c e a nc i r c u l a t i o n ：t h e a t m o s p h e r i cc i r c u l a t i o na n d t h e h y d r o l o g yo f t h ee a r t h ss u r f a c ej ，m o n w e ar e v 1 9 6 9 9 7 ( 1 0 ) ：7 3 9 - 7 7 4 ii d i c k i n s o nre ，h e n d e r s o n s e l l e r sa ，k e n n e d ypj 1b i o s p h e r e - a t m o s p h e r et r a n s f e rs c h e m e ( b a t s ) v e r s i o nl ea sc o u p l e dt ot h en c a rc o m m u n i t yc l i m a t em o d e l n c a rt e c h n n o t e - 3 7 8 + s t r ，19 9 3 12 d i c k i n s o nre ，h e n d e r s o n - s e l l e r sa ，k e n n e d ypj ，e ta 1 b i o s p h e r e - a t m o s p h e r et r a n s f e r s c h e m e ( b a t s ) f o rt h en c a rc o m m u n i t hc l i m a t em o d e l n c a rt e c h n o t e 一2 7 5 + s t r 1 9 8 6 1 3 s e l l e r spj ，m i n t zys a dyc ，e ta 1 as i m p l eb i o s p h e r em o d e l ( s i b ) f o ru s ew i t hi n g c m sc j ja t m o ss c i 19 8 6 4 3 ( 6 ) ：5 0 5 5 31 1 4 h e n d e r s o n s e l l e r sa ，y a n gzl ，d i c k i n s o nre t h ep r o j e c tf o r i n t e r c o m p a r i s o no f l a n d s u r f a c ep a r a m e t e r i z a t i o ns c h e m e sb u l l o f t h e a m e r m e t s o c ，t 9 9 3 ，7 4 ：1 3 3 5 1 3 4 9 ， 1 5 b o n a ngb t h en c a rl a n ds u r f a c em o d e l ( l s mv e r s i o n 1 0 ) c o u p l e d t ot h en c a r c o m m u n i t yc l i m a t em o d e l n c a rt e c h n i c a ln o r en c a r t n 4 2 9 + s t rn a t i o n a lc e n t e r f o ra t m o s p h e r i cr e s e a r c h b o u l d e r , c o l o r a d o 19 9 6 16 s e l l e r spj ，dar a n d a l l ，gjc o l l a t z ，ea 1 ar e v i s e dl a n d - s u r f a c ep a r a m e t e r i z a t i o nf s i b 2 ) f o r a t m o s p h e r i cg c m s ，p a r ti ：m o d e lf o r m u l a t i o n jc l i m a t e ，1 9 9 6 ，9 ( 4 ) ：6 7 6 - 7 0 5 1 7 赵鸣，江静，苏炳凯，等一个引入近地层的土壤一植被一大气相互作_ j | 模式人气科学， 1 9 9 5 1 9 ( 4 ) ：4 0 5 4 1 4 1 8 ，张晶，丁一汇一个改进的陆面过程模式及其模拟试验研究：第一部分：陆面过程模式 及其“独立( o f f - l i n e ) ”模拟试验和模式性能分析气象学报，1 9 9 8 ，5 6 ( 1 ) ：1 j 9 7 额济纳绿洲地表能量与水分特征分析及数值模拟研究 1 9 d a i yj ，z e n gqc al a n ds u r f a c em o d e l ( i a p 9 4 ) f o rc l i m a t es t u d i e s p a r t ：f o r m u l a t i o na n d v a l i d a t i o ni no f f - l i n ee x p e r i m e n t s a d v a na t m o ss c i ，1 9 9 7 ，1 4 ( 4 ) ：4 3 3 - 4 6 0 2 0 沈玉凌”绿洲”概念小议干旱区地理，1 9 9 4 ，1 7 ( 2 ) ：7 0 7 4 2 1 贾宝全绿洲景观若干理论问题的探讨干旱区地理，t 9 9 6 ，1 9 ( 3 ) ：5 8 6 5 2 2 肖笃宁景观生态学一理论、方法与应用北京：中国林业出版社1 9 9 1 2 3 张强，于学泉干旱区绿洲诱发的中尺度运动的模拟以及关键因子的敏感性实验高原 气象，2 0 0 1 ，2 0 ( 1 ) ：5 8 - 6 5 2 4 薛具奎，胡隐樵，绿洲与沙漠相互作用的数值实验研究自然科学进展，2 0 0 1 ，1 l ( 5 ) ： 1 5 4 - 1 5 7 2 5 张强，胡隐樵，曹晓彦等论西- i l q ：早气候的若干问题，中国沙漠，2 0 0 0 ，2 0 ( 4 ) ：3 5 7 3 6 2 2 6 程国栋。肖笃宁，王根绪论干旱区景观生态特征与景观生态建设地球科学进展1 9 9 9 ， 1 4 ( 1 ) ：1 1 1 5 2 7 胡隐樵，高由禧黑河实验( h e i f e ) 一对干旱区陆面过程的一些认识气象学报，5 2 ( 3 ) ： 2 8 5 2 9 6 2 8 王根绪，程国栋干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析生态学报， 2 0 0 0 ，2 0 ( 3 ) ：3 6 3 3 6 8 2 9 潘晓玲干旱区绿洲生态系统动态稳定性的初步研究第四纪研究，2 0 0 1 ，2 1 ( 4 ) ：3 4 5 3 5 l _ 3 0 王永兴绿洲生态系统及其环境特征干旱区地理，2 0 0 0 ，2 3 ( 1 ) ：7 - 1 2 3 l - 罗格平，周成虎，陈曦干早区绿洲士地利用与覆被变化过程地理学报，2 0 0 3 ，5 8 ( 1 ) ： 6 3 7 2 3 2 徐中民，张志强，程国栋，颧济纳旗生态系统恢复的总经济价值评估，地理学报，2 0 0 2 ， 5 7 ( 1 ) ：1 0 7 1 1