科尔沁沙地梯级生态带水热通量变化特征及气候学足迹

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2018.00105

中国沙漠

2019, Vol. 39

Issue (6): 30-39 DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2018.00105

科尔沁沙地梯级生态带水热通量变化特征及气候学足迹

黄天宇¹, 刘廷玺^1,2, 段利民^1,2, 李东方^1,2, 王冠丽^1,2, 陈小平¹

1. 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院, 内蒙古呼和浩特 010018;
2. 内蒙古农业大学水资源保护与利用重点实验室, 内蒙古呼和浩特 010018

Characteristics of Water and Heat Fluxes and Its Footprint Climatology in Horqin Cascade Ecological Zone

Huang Tianyu¹, Liu Tingxi^1,2, Duan Limin^1,2, Li Dongfang^1,2, Wang Guanli^1,2, Chen Xiaoping¹

1. Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China;
2. Key Laboratory of Water Resource Protection and Utilization, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, Inner Mongolia, China

全文: PDF(10764 KB)

摘要： 荒漠化地区水热通量变化特征和气候学足迹对理解干旱、半干旱区气候变化及水分循环具有重要意义。以科尔沁沙地一条梯级生态带为研究区，运用2017年3-12月大孔径闪烁仪和自动气象站数据对研究区不同时间尺度水热通量和通量源区的动态变化特征进行分析。结果表明：水热通量日变化特征明显，各分支能量占比不同。晴天近地表能量各项分支曲线均呈显著单峰状，多云天水热通量变化无显著规律；水热通量季节变化显著，夏季显热通量值小于春季、秋季和冬季，潜热通量夏季最大，其次为春季和秋季，冬季最小；小时尺度和日尺度上源区变化较大；季节尺度上，源区面积春季 > 秋季 > 夏季，季节尺度间源区差异较小时尺度和日尺度降低；结合梯级生态带内下垫面类型看，生长季源区以光径中段的玉米农田占比最大，沙丘和草甸下垫面次之，光径内小型湖泊所占源区比例较小。不同月份各下垫面类型占比略有不同。

关键词： 水热通量; 大孔径闪烁仪; 科尔沁沙地; 复杂下垫面; 气候学足迹

Abstract: The analysis of the variation characteristics of water and heat fluxes and climatological footprints in desertification areas is of great significance for understanding climate changes and water cycle in arid and semi-arid regions. Taking the Horqin cascade ecological zone as the study area, this paper analyzed the dynamic changes of water and heat fluxes and flux footprint in different temporal scales of the cascade ecosystem by using the large aperture scintillometer and automatic meteorological station data from March to December 2017. The results showed that:The diurnal variation of water and heat fluxes is obvious, the energy proportions of each branch are different. The near-surface energy fluxes curves show a significant unimodal trend in sunny days and there was no significant regular changes in on cloudy days; The seasonal variation of water and heat fluxes is significant.The sensible heat flux in summer is smaller than that in spring, autumn and winter, and the latent heat flux is the largest in summer, followed by spring and autumn, and the smallest in winter. The source area varies greatly on the hourly scale and daily scale; On the seasonal scale, the source area is spring > autumn > summer, and the differences of flux footprint between seasonal scales is lower than that of the hourly scale and daily scale.According to the types of underlying surface, the maize land in the middle of the light path was the largest proportion of the source area, followed by sand dune and meadow underlying surface, the small lake accounted for a smallest proportion of the source area. The source area at different temporal scales had different contribution sources.

Key words: water and heat fluxes large aperture scintillometer Horqin sandy land complex underlying surface footprint climatology

收稿日期: 2018-09-08 出版日期: 2019-11-14

ZTFLH:

P426.2

基金资助: 国家自然科学基金项目（51620105003，51139002，51769020）；教育部创新团队发展计划项目（IRT_17R60）；科技部重点领域科技创新团队项目（2015RA4013）；内蒙古自治区草原英才产业创新创业人才团队、内蒙古农业大学寒旱区水资源利用创新团队项目（NDTD2010-6）

通讯作者: 刘廷玺(E-mail:txliu1966@163.com) E-mail: txliu1966@163.com

作者简介: 黄天宇(1994-),男,河北廊坊人,硕士研究生,研究方向为干旱区水热通量。E-mail:huangtyy@foxmail.com

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引用本文:

黄天宇, 刘廷玺, 段利民, 李东方, 王冠丽, 陈小平. 科尔沁沙地梯级生态带水热通量变化特征及气候学足迹[J]. 中国沙漠, 2019, 39(6): 30-39.

Huang Tianyu, Liu Tingxi, Duan Limin, Li Dongfang, Wang Guanli, Chen Xiaoping. Characteristics of Water and Heat Fluxes and Its Footprint Climatology in Horqin Cascade Ecological Zone. Journal of Desert Research, 2019, 39(6): 30-39.

链接本文:

http://www.desert.ac.cn/CN/10.7522/j.issn.1000-694X.2018.00105 或 http://www.desert.ac.cn/CN/Y2019/V39/I6/30

[1] Baldocchi D,Falge E,Gu L H,et al.Fluxnet:a new tool to study the temporal and spatial variability of ecosystem-scale carbon dioxide,water vapor,and energy flux densities[J].Bulletin of the American Meteorological Society,2001,82(11):2415-2435.
[2] 刘罡,蒋维楣,罗云峰.非均匀下垫面边界层研究现状与展望[J].地球科学进展,2005,20(2):223-230.
[3] 刘绍民,李小文,施生锦,等.大尺度地表水热通量的观测、分析与应用[J].地球科学进展,2010,25(11):1113-1127.
[4] 宫丽娟,刘绍民,双喜,等.涡动相关仪和大孔径闪烁仪观测通量的空间代表性[J].高原气象,2009,28(2):246-257.
[5] Pasquill F, Smith F B.Atmospheric Diffusion[M].New York,USA:Wiley,1983:437.
[6] Meijninger W M L,Hartogensis O K,Kohsiek W,et al.Determination of area-averaged sensible heat fluxes with a large aperture scintillameter over a heterogeneous surface:flevoland field experiment[J].Boundary-Layer Meteorology,2002,105:37-62.
[7] 李阳,景元书,秦奔奔.低丘红壤区农田水热通量变化特征及气候学足迹[J].应用生态学报,2017,28(1):180-190.
[8] 朱明佳,赵谦益,刘绍民,等.农田下垫面观测通量的变化特征及其气候学足迹分析[J].地球科学进展,2013,28(12):1313-1325.
[9] 王润元,刘宏谊,张强,等.夏季草原与戈壁地表能量分析[J].地球科学进展,2007,22(6):642-648.
[10] 许兴斌,王乃昂,梁晓燕,等.巴丹吉林沙漠高大沙山近地层温湿廓线与能量交换特征[J].中国沙漠,2018,38(6):1303-1312.
[11] 李祎君,许振柱,王云龙,等.玉米农田水热通量动态与能量闭合分析[J].植物生态学报,2007,31(6):1132-1144.
[12] 龚婷婷,雷慧闽,焦阳,等.黄土高原农牧交错带稀疏自然植被生态系统的地表能量特征[J].应用生态学报,2015,26(6):1625-1633.
[13] 王维真,徐自为,刘绍民,等.黑河流域不同下垫面水热通量特征分析[J].地球科学进展,2009,24(7):714-723.
[14] Kormann R,Meixner F.An analytical footprint model for non-neutral stratification[J].Boundary-Layer Meteorology,2001,99(2):207-224.
[15] 蔡旭辉,朱明佳,刘绍民,等.大孔径闪烁仪的通量印痕分析与应用[J].地球科学进展,2010,25(11):1166-1174.
[16] 郑宁,张劲松,孟平,等.基于闪烁仪观测低丘山地人工混交林通量印痕与源区分布[J].地球科学进展,2010,25(11):1175-1186.
[17] 双喜,刘绍民,徐自为,等.黑河流域观测通量的空间代表性研究[J].地球科学进展,2009,24(7):724-733.
[18] 彭谷亮,刘绍民,蔡旭辉,等.非均匀下垫面湍流通量观测的印痕分析[J].大气科学,2008,32(5):1064-1070.
[19] 宫丽娟,刘绍民,双喜,等.涡动相关仪和大孔径闪烁仪观测通量的空间代表性[J].高原气象,2009,28(2):246-257.
[20] Amiro B D.Footprint climatologies for evapotranspiration in a boreal catchment[J].Agricultural and Forest Meteorology,1998,90:195-201.
[21] 艾力·买买提明,何清,霍文,等.塔克拉玛干沙漠腹地LAS和EC观测感热通量对比分析[J].地球科学进展,2010,25(11):1228-1235.
[22] 马迪,吕世华,陈晋北,等.大孔径闪烁仪测量戈壁地区感热通量[J].高原气象,2010,29(1):56-62.
[23] 陈继伟,左洪超,王介民,等.LAS在西北干旱区荒漠均匀下垫面的观测研究[J].高原气象,2013,32(1):56-64.
[24] 张芬,刘绍民,徐自为,等.张掖绿洲-荒漠区域近地层微气象与水热交换特征[J].高原气象,2016,35(5):1233-1247.
[25] 马迪,吕世华,陈世强,等.夏季金塔绿洲近地层通量足迹及源区分布特征分析[J].高原气象,2009,28(1):28-35.
[26] 楚良海,刘文兆,朱元骏,等.黄土高原沟壑区通量数据空间代表性研究[J].地球科学进展,2009,24(2):211-218.
[27] 全利红,袁春红,王丙兰.应用印痕函数研究测风塔资料代表性[J].气象学报,2016(3):442-449.
[28] 王婧,刘廷玺,雷慧闽,等.基于涡度相关的半干旱区沙丘-草甸水热通量对比分析[J].干旱区研究,2016,33(3):593-600.
[29] 李辉东,关德新,袁凤辉,等.科尔沁温带草甸能量平衡的日季变化特征[J].应用生态学报,2014,25(1):69-76.
[30] 白洁,刘绍民,丁晓萍,等.大孔径闪烁仪观测数据的处理方法研究[J].地球科学进展,2010,25(11):1148-1165.
[31] Xu Z W,Liu S M,Xu T R,et al.Comparison of the gap filling methods of evapotranspiration measured by eddy covariance system[J].Advances in Earth Science,2009,24(4):372-381.
[32] Meijninger W M L.Surface Fluxes over Natural Landscape Using Scintillometry[R].Wageningen,Netherlands:Wageningen University and Research Centrum,2003.
[33] Ezzahar J,Chehbouni A,Hoedjes J C B,et al.The use of the scintillation technique for monitoring seasonal water consumption of olive orchards in a semi-arid region[J].Agricultural Water Management,2007,89:173-184.
[34] Chen S,Chen J,Lin G,et al.Energy balance and partition in Inner Mongolia steppe ecosystems with different land use types[J].Agricultural and Forest Meteorology,2009,149:1800-1809.
[35] 王新平,王琳琳,高志球,等.夏季北京城市大气边界层湍流通量的塔层观测[J].气候与环境研究,2008,13(5):629-638.
[36] 苗世光,窦军霞,Chen F,等.北京城市地表能量平衡特征观测分析[J].中国科学(地球科学),2012,42(9):1394-1402.

[1]	韩广, 尤莉, 丁占良. 盛行风条件下横向沙丘群丘间走廊中次生气流的研究初报[J]. 中国沙漠, 2019, 39(5): 21-28.
[2]	杨红玲, 李玉霖, 宁志英, 张子谦. 科尔沁沙地优势固沙灌木叶片凋落物分解的主场效应[J]. 中国沙漠, 2019, 39(5): 62-70.
[3]	杨欢, 李玉强, 王旭洋, 牛亚毅, 龚相文, 余沛东. 半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征[J]. 中国沙漠, 2018, 38(6): 1144-1152.
[4]	车力木格, 刘新平, 何玉惠, 王明明, 魏水莲, 李玉霖, 孙姗姗. 科尔沁沙地几种常见植物茎叶吸水特征[J]. 中国沙漠, 2018, 38(5): 1017-1023.
[5]	童新风, 杨红玲, 宁志英, 张子谦, 李玉霖. 科尔沁沙地优势固沙灌木的生物量预测模型[J]. 中国沙漠, 2018, 38(3): 553-559.
[6]	吕安琪, 鹿化煜, 曾琳, 弋双文, 卓海昕, 徐志伟, 张文超. 1.08 Ma以来中国东北赤峰地区黄土粒度变化及其揭示的沙地扩张事件[J]. 中国沙漠, 2017, 37(4): 659-665.
[7]	曲浩, 赵哈林, 石永强, 高宝兰, 李莹, 姬明飞, 乌仁高娃, 李英. 沙埋对科尔沁沙地两种主要作物存活的影响及其光合生理响应[J]. 中国沙漠, 2017, 37(4): 698-704.
[8]	张婧, 左小安, 吕朋, 周欣, 连杰, 刘良旭, 岳喜元. 科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应[J]. 中国沙漠, 2017, 37(3): 446-452.
[9]	张建鹏, 李玉强, 赵学勇, 张铜会, 佘倩楠, 刘敏, 魏水莲. 围封对沙漠化草地土壤理化性质和固碳潜力恢复的影响[J]. 中国沙漠, 2017, 37(3): 491-499.
[10]	高亮, 高永, 王静, 罗凤敏, 吕新丰. 土地覆盖类型对科尔沁沙地南缘土壤有机碳储量的影响[J]. 中国沙漠, 2016, 36(5): 1357-1364.
[11]	王少昆, 赵学勇, 王晓江, 张铜会, 李玉霖, 洪光宇, 岳祥飞. 有机混合物的制备及其在退化沙地恢复方面的应用[J]. 中国沙漠, 2016, 36(4): 990-996.
[12]	韩广, 尤莉, 程玉琴. 科尔沁沙地春季冷锋过境的地面风况特征[J]. 中国沙漠, 2016, 36(4): 1087-1096.
[13]	姚姣转, 刘廷玺, 童新, 王天帅, 王海燕. 科尔沁沙地沙丘-草甸相间地土壤颗粒的分形特征[J]. 中国沙漠, 2016, 36(2): 433-440.
[14]	岳祥飞, 张铜会, 赵学勇, 李玉霖, 刘新平, 王少昆. 科尔沁沙地降雨特征分析——以奈曼旗为例[J]. 中国沙漠, 2016, 36(1): 118-123.
[15]	黄海涛, 常学礼, 岳喜元, 吕德燕. 科尔沁沙地不同沙地景观区植被指数对水热因素响应[J]. 中国沙漠, 2016, 36(1): 40-49.

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