干旱半干旱区陆-气相互作用特征及其参数化研究

对黄土高原陆面过程特征进行了分析。研究了陇中黄土高原定西和榆中的不同天气地表热量和能量陆面特征及其气候特征。另外还进行了黄土高原不同地区夏季地表热量和能量特征的对比分析、黄土高原半干旱区与西北干旱区陆面过程特征对比分析及黄土高原陆面过程特征与我国北方其它气候区晴天陆面过程特征的区域差异分析。

研究了黄土高原地表能量不平衡问题。发现地表能量不平衡并且用垂直感热通量和土壤热储存量对地表能量平衡进行了修正。

陆面水分收支不平衡问题是陆面过程和气候变化研究中非常重要的科学问题。在陇中黄土高原，降水与蒸散量的差值范围在-38～40mm/month之间变化，全年陆面蒸散累积超过降水90.5mm，占降水量的20.6%，陆面水分收支不平衡问题十分突出。该地区降露水等非降水性陆面水分来源是陆面水分总来源的重要补充，全年累计达到57mm，是蒸散与降水之间不平衡的主要原因之一。考虑了非降水性陆面水分来源的贡献以后，可使高达20.6%的陆面水分不平衡度减小到7.6%；由于表面蒸散量与近地层水汽通量具有明显差异，用蒸渗计观测的表面蒸散量代替涡动相关法计算量可使陆面水分收支不平衡度缩小到4.3%，剩余的不平衡度与气候变暖引起的蒸发加剧贡献有密切关系；如果不考虑观测误差的影响，非降水性陆面水分、陆面蒸散观测方法和气候变暖对陆面水分收支不平衡的贡献率分别为63.1%、16.4%和20.5%，非降水性陆面水分的贡献最显著，蒸散观测方法和气候变暖的贡献大致相当。不过非降水性陆面水分和蒸散观测方法引起的不平衡度属于物理和技术认识问题，而气候变暖引起的不平衡度恰恰反映了气候干旱化的趋势。

研究了黄土高原半干旱区降露水特征及其形成规律、降露水与陆面水分收支特征、非降水性陆面液态水分分量及其与土壤水分的关系。在黄土高原半干旱区，陆面水分特征与极端干旱区和湿润地区均很不相同。虽然该地区降水仍然在陆面水分来源中占主导地位，但来自大气的非降水性陆面水分的贡献大约能够占到陆面水分总来源的15%以上，已经非常值得重视。并且，在非降水性陆面水分来源中，土壤吸附水最多，露水次之，雾水最微弱。而在极端干旱区，非降水性水分很可能在陆面水分平衡中占主导地位；在湿润地区，非降水性陆面水分很可能在陆面水分平衡中可以忽略。

露水受微气象条件影响较大。近地层大气相对湿度越大，露水（或霜）量就越多。但对温度梯度和风速而言，一般在逆温强度为0.25℃和风速为1.5 m.s-1的情况下露水（霜）量较大。正因为如此，露水（或降霜）量在秋季最多，春季次之，夏季和冬季比较少。并且，在降水后第一天露水(或霜)量最大，降水后第二天及再往后时段露水(或霜)量会明显减小。

从年循环来看，陆面水分来源总量的年变化与蒸渗计和涡动相关法观测的蒸散量均较吻合，陆面水分收支基本平衡。这说明通过考虑非降水性陆面水分来源，可以克服陆面水分不平衡情况。蒸发皿观测的蒸散量虽然在年变化趋势上与蒸渗计和涡动相关法观测的实际蒸散量比较一致，但在量值上要相差1倍以上。这表明陇中黄土高原半干旱区实际蒸散量与蒸发力的差距十分明显。从日循环角度讲，陆面水分平衡特征表现为一个“呼吸”过程，印证了过去用土壤湿度廓线结构特征的推测结论。

初步研究了陆面参数化。得到了感热总体输送系数随理查逊数关系式、地表反照率与太阳高度角、土壤湿度的双因子关系式以及热传导率同土壤湿度的关系式，初步获得了一些陆面过程参数化公式。

研究了大气边界层的发展和维持衰退过程与陆面热力和动力过程的关系, 发现发展过程消耗的能量要比维持衰退过程高得多, 而且进入残余层后对流边界层发展对陆面热力作用更敏感,发展也更迅速.风速的动力作用对大气边界层发展也有一定的影响,尤其对冬季稳定大气边界层影响较大.极强的陆面热力作用是我国干旱区形成深厚大气边界层的主导因素。
 
研究发现植被下垫面动力学粗糙度长度的动态变化与近地面层大气动力状态之间存在复杂的相互作用过程, 动力学粗糙度长度不仅与植株高度等植被的粗糙特征有关, 而且还受植株柔软性等动力响应特性影响。