塔克拉玛干沙漠南缘生态过渡区辐射平衡特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00041

摘要/Abstract

摘要：

塔克拉玛干沙漠南缘属于生态过渡区，地表性质时空变化较大，陆面辐射平衡和地表反照率特征均较特别，目前对这方面了解并不充分，所以有必要开展塔克拉玛干沙漠南缘辐射平衡研究。利用青藏高原北侧陆-气相互作用观测站2019年12月至2020年11月地表辐射数据，分析该地区不同时间尺度和不同天气条件下辐射平衡与地表反照率特征。结果表明：（1）不同月份各辐射分量月平均日变化均呈单峰型，但极值及其出现时间有差异。各辐射分量月曝辐量季节变化明显，向下短波辐射表现为春季>秋季>夏季>冬季；向上短波辐射则为春季>夏季>秋季>冬季。（2）向下和向上短波辐射在季节变化上均为春季最大，冬季最小，其余各辐射分量则夏季最大，冬季最小。（3）典型天气除晴天各辐射分量日变化规则外，在多云、降水、浮尘、扬沙、沙尘暴天气下各辐射分量变化不规则，其中降水与沙尘暴对向下短波辐射的影响最为明显。（4）地表反照率各月变化形态不规则，最大和最小月均值出现在3月和5月，分别为0.37和0.29，年均值为0.31。（5）晴天各辐射分量日变化为标准的倒“U”型，降雨和降雪下各辐射分量变化均不规则，其中地表反照率对降雨及降雪的响应分别对应为减弱和增强。

关键词: 塔克拉玛干沙漠, 生态过渡区, 辐射平衡, 典型天气, 地表反照率

Abstract:

The southern edge of the Taklamakan Desert belongs to the ecological transition zone area， the surface properties vary greatly in time and space， and the land surface radiation balance and surface albedo characteristics are special， and the current understanding of this aspect is not sufficient， so it is necessary to carry out the study of the radiation balance of the southern margin of the Taklamakan Desert. This paper analyzes the radiation balance and surface albedo characteristics of the region at different time scales and under different weather conditions by using the surface radiation data from December 2019 to November 2020 from the land-gas interaction observatory on the northern side of the Qinghai-Tibet Plateau. The results showed that：（1） The monthly mean daily variation of each radiation component in different months was unimodal type， but the extreme value size and occurrence time were different. The seasonal variation of the monthly exposure of each radiation component was obvious， and the downward shortwave radiation was manifested as spring> autumn> summer > winter. Upward shortwave radiation is spring> summer> autumn > winter. （2） The downward and upward short-wave radiation is the largest in spring and the smallest in winter in terms of seasonal variation， and the remaining radiation components are the largest in summer and the smallest in winter. （3） In typical weather， except for the smooth daily variation curve of each radiation component on sunny days， the radiation components change irregularly in cloudy， precipitation， floating dust， sand and sandstorm weather， among which precipitation and sandstorms have the most obvious influence on downward short-wave radiation. （4） The monthly changes of surface albedo were irregular， and the maximum and minimum monthly averages occurred in March and May， respectively， 0.37 and 0.29， and the annual average was 0.31. （5） Under different precipitation processes， the daily change of each radiation component on a sunny day is a standard inverted "U" shape， and the change of each radiation component under rainfall and snowfall is irregular， and the response of surface albedo to rainfall and snowfall corresponds to weakening and strengthening， respectively.

Key words: Taklamakan Desert, ecological transition zones, radiation balance, typical weather, surface albedo

中图分类号:

P422

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图/表 11

图1 观测站点位置（A）、周边环境（B）及观测仪器（C）

Fig.1 Geographical location of the observation site （A）， surrounding environment （B） and pictures of observation instruments （C）

表1 仪器及参数

Table 1 The instruments and parameters

传感器	观测项目	测量范围	测量精度
NR-01净辐射传感器	短波辐射	285~3 000 nm	<1.8%
（安装高度：1.5 m；型号：CR-1000X）	长波辐射	4 500~40 000 nm	<7%
称重式降水传感器	降水（固态、液态、混合）	-40~60 ℃	<1 g

图2 地表辐射月平均日变化

Fig.2 Monthly average daily variation of surface radiation

图3 地表辐射月曝辐量变化

Fig.3 Change of monthly surface radiation exposure

图4 四季辐射平均日变化

Fig.4 Average daily variation of radiation in four seasons

图5 典型天气辐射平衡日变化

Fig.5 Daily variation of radiation balance of typical weather

图6 塔克拉玛干沙漠南缘2019—2020年月平均地表反照率及月降水量变化特征

Fig.6 Monthly mean surface albedo and total precipitation changes in the southern margin of the Taklamakan Desert from 2019 to 2020

表2 不同降水过程天气状况

Table 2 Weather conditions of different precipitation processes

降水过程	日期	晴空指数	天气状况	降水过程	日期	晴空指数	天气状况
降雪过程	2020-01-08	0.28	阴天	降雨过程	2020-05-05	0.77	晴天
	2020-01-09	0.22	降雪		2020-05-06	0.21	降雨
	2020-01-10	0.72	晴天		2020-05-07	0.32	降雨
	2020-01-11	0.43	多云		2020-05-08	0.76	晴天

图7 不同降水过程地表辐射平衡日变化

Fig.7 Daily variation of surface radiation balance in different precipitation processes

图8 不同降水过程地表反照率日变化

Fig.8 Daily variation of surface albedo in different precipitation processes

表3 不同地区月平均地表反照率

Table 3 Monthly Average Surface Albedo in Different Desert Areas

月份	塔克拉玛干沙漠南缘叶亦克（2019—2020年）	塔克拉玛干沙漠北缘（2009年）^[44]	塔克拉玛干沙漠腹地（2013年）^[39]	古尔班通古特沙漠腹地（2017年）^[40]	中天山草地（2018—2019年）^[41]	羌塘高原申扎湿地（2018—2020年）^[38]	张掖绿洲（1991年）^[5]
1	0.30	0.31	0.32	0.766	0.712	0.27	0.299
2	0.31	0.28	0.30	0.746	0.732	0.26	—
3	0.37	0.27	0.30	0.574	0.218	0.26	0.185
4	0.32	0.27	0.28	0.233	0.248	0.24	0.162
5	0.29	0.26	0.26	0.249	0.275	0.23	0.174
6	0.31	0.25	0.26	0.247	0.224	0.21	0.163
7	0.32	0.26	0.25	0.251	0.224	0.18	0.144
8	—	0.26	0.26	0.251	0.217	0.18	0.133
9	0.31	0.26	0.27	0.261	0.254	0.18	0.182
10	0.32	0.27	0.29	0.259	0.329	0.21	0.175
11	0.31	0.27	0.31	0.248	0.517	0.25	0.150
12	0.30	0.29	0.32	0.317	0.760	0.28	0.277
平均	0.31	0.27	0.28	0.367	0.393	0.23	0.185

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