Radiation balance characteristics of the ecological transition zone in the southern margin of the Taklamakan Desert

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

Journal of Desert Research ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 116-128.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00041

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Radiation balance characteristics of the ecological transition zone in the southern margin of the Taklamakan Desert

Guangxiang Fu¹^,²(), Qing He²(), Guosheng Wang¹^,², Mingjie Ma¹^,², Lulu Yin¹^,², Qian Zhang³, Wei Tian³

^1.College of Geography Science and Tourism，Xinjiang Normal University，Urumqi 830054，China
^2.National Observation and Research Station of Taklamakan Desert Meteorology of Xinjiang / Taklimakan Desert Meteorology Field Experiment Station of China Meteorological Administration / Xinjiang Key Laboratory of Desert Meteorology and Sandstorm，Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China
^3.Minfeng County Meteorological Bureau，Minfeng 848599，Xinjiang，China

Received:2023-02-22 Revised:2023-04-12 Online:2023-09-20 Published:2023-09-27
Contact: Qing He

Abstract

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

CLC Number:

P422

Guangxiang Fu, Qing He, Guosheng Wang, Mingjie Ma, Lulu Yin, Qian Zhang, Wei Tian. Radiation balance characteristics of the ecological transition zone in the southern margin of the Taklamakan Desert[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(5): 116-128.

Figures/Tables 11

References 48

1	张强，王胜.干旱荒漠区土壤水热特征和地表辐射平衡年变化规律研究［J］.自然科学进展，2007（2）：211-216.
2	Mamtimin A， Wang Y， Sayit H，et al.Seasonal variations of the near-surface atmospheric boundary layer structure in China's Gurbantünggüt Desert［J］.Advances in Meteorology，2020（4）：1-13.
3	Zhang X， Gu S， Zhao X，et al.Radiation partitioning and its relation to environmental factors above a meadow ecosystem on the Qinghai-Tibetan Plateau［J］.Journal of Geophysical Research，2010，115（D10）：D10106.
4	钱泽雨，胡泽勇，杜萍，等.藏北高原典型草甸下垫面与HEIFE沙漠区辐射平衡气候学特征对比分析［J］.太阳能学报，2003（4）：453-460.
5	季国良，邹基玲.干旱地区绿洲和沙漠辐射收支的季节变化［J］.高原气象，1994，13（3）：100-106.
6	吕达仁，陈佐忠，陈家宜，等.内蒙古半干旱草原土壤-植被-大气相互作用综合研究［J］.气象学报，2005（5）：571-593.
7	马伟强，马耀明，胡泽勇.藏北高原地面辐射收支的初步分析［J］.高原气象，2004，23（3）：348-352.
8	杨兴国，马鹏里，王润元.陇中黄土高原夏季地表辐射特征分析［J］.中国沙漠，2005，25（1）：57-64.
9	李宏宇，张强，王胜.陇中黄土高原夏季陆面辐射和热量特征研究［J］.地球科学进展，2010，25（10）：1070-1081.
10	杨帆，邵全琴，李愈哲，等.北方典型农牧交错带草地开垦对地表辐射收支与水热平衡的影响［J］.生态学报，2016，36（17）：5440-5451.
11	顾润源，武荣盛，吴菊秀，等.内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射特征［J］.干旱区地理，2013，36（5）：854-864.
12	李宏毅，肖子牛，朱玉祥.藏东南地区草地下垫面湍流通量和辐射平衡各分量的变化特征［J］.高原气象，2018，37（4）：923-935.
13	陈星，余晔，陈晋北，等.黄土高原半干旱区雨养农田地表辐射和能量通量的季节变化［J］.高原气象，2016，35（2）：351-362.
14	孙昭萱，张强.黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析［J］.中国沙漠，2011，31（5）：1302-1308.
15	张强，曹晓彦.敦煌地区荒漠戈壁地表热量和辐射平衡特征的研究［J］.大气科学，2003（2）：245-254.
16	王胜，张强，卫国安.敦煌绿洲-戈壁过渡带地表辐射与能量特征分析［J］.高原气象，2005，24（4）：556-562.
17	Yang T， Wang X， Zhao C，et al.Changes of climate extremes in a typical arid zone： observations and multimodel ensemble projections［J］.Journal of Geophysical Research，2011，116（D19）：106-124.
18	魏文寿，董光荣.古尔班通古特沙漠的辐射热量交换分析［J］.中国沙漠，1997，17（4）：3-9.
19	塔依尔，吕新，杨利勇.石河子垦区沙漠和绿洲下垫面生态条件下能量交换特征［J］.中国沙漠，2007，27（3）：478-482.
20	王慧，胡泽勇，李栋梁，等.黑河地区鼎新戈壁与绿洲和沙漠下垫面地表辐射平衡气候学特征的对比分析［J］.冰川冻土，2009，31（3）：464-473.
21	张强，周毅.敦煌绿洲夏季典型晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征［J］.植物生态学报，2002（6）：717-723.
22	马宁，王乃昂，黄银洲，等.巴丹吉林沙漠腹地夏季不同天气条件下陆-湖面辐射收支与能量分配特征对比［J］.自然资源学报，2015，30（5）：796-809.
23	马迪，吕世华，奥银焕，等.巴丹吉林沙漠不同下垫面辐射特征和地表能量收支分析［J］.高原气象，2012，31（3）：615-621.
24	王凯，张宏升，刘辉志，等.科尔沁沙地流动沙丘与玉米地辐射特性比较分析［J］.应用气象学报，2005（2）：174-180.
25	刘辉志，洪钟祥，张宏升，等.内蒙古奈曼流动沙丘下垫面湍流输送特征初步研究［J］.大气科学，2003（3）：389-398.
26	何清，缪启龙，李帅，等.塔克拉玛干沙漠腹地总辐射变化特征及影响因子分析［J］.中国沙漠，2008，28（5）：896-902.
27	金莉莉，何清，买买提艾力·买买提依明，等.塔克拉玛干沙漠腹地辐射平衡和反照率变化特征［J］.中国沙漠，2014，34（1）：215-224.
28	赵佳伟，何清，金莉莉，等.塔克拉玛干沙漠腹地起伏地形近地层微气象特征［J］.中国沙漠，2020，40（2）：144-155.
29	Meng C， Li H.Solar radiation partitioning and surface albedo parameterization in the hinterland of Taklimakan Desert［J］.Advances in Meteorology，2019，10：9098576.
30	张坤，刘永强，阿依尼格尔·亚力坤，等.塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量的陆面过程与卫星遥感研究［J］.江苏农业科学，2020，48（20）：256-264.
31	买买提艾力·买买提依明，缪启龙，何清，等.塔克拉玛干沙漠北缘过渡带紫外辐射和总辐射特征［J］.中国沙漠，2013，33（6）：1816-1823.
32	Loeb N G， Wang H L， Allan R P，et al.New generationof climatemodels track recent unprecedented changes in earth's radiation budget observed by CERES［J］.Geophysical Research Letters，2020，47（5）：e2019GL086705.
33	买买提艾力·买买提依明，金莉莉，何清，等.2007-2011年塔克拉玛干沙漠腹地太阳辐射观测研究［J］.气候变化研究进展，2014，10（2）：87-94.
34	Betts A K， Ball J H.Albedo over the boreal forest［J］.Journal of Geophysical Research，1997，102（D24）：28901-28909.
35	McCaughey J H， Lafleur P M， Joinner D W，et al.Magnitudes and seasonal patterns of energy，water，and carbon exchanges at a boreal young jack pine forest in the BOREAS northern study area［J］.Journal Of Geophysical Research-atmospheres，1997，102（D24）：28997-29007.
36	卞林根，陆龙骅，逯昌贵，等.1998年夏季青藏高原辐射平衡分量特征［J］.大气科学，2001（5）：577-588.
37	岳平，张强，邓振镛，等.草原生长期地表辐射和能量通量月平均日变化特征［J］.冰川冻土，2010，32（5）：941-947.
38	强耀辉，王坤鑫，马宁，等.羌塘高原申扎高寒湿地辐射平衡和地表反照率特征［J］.干旱区研究，2021，38（5）：1207-1215.
39	杨阳，杨帆，买买提艾力·买买提依明，等.塔克拉玛干沙漠塔中与巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射特征对比［J］.中国沙漠，2018，38（5）：1068-1077.
40	高佳程，王豫，阿吉古丽·沙依提，等.古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征［J］.中国沙漠，2021，41（1）：47-58.
41	肖婉秋，买买提艾力·买买提依明，刘永强，等.中天山地区草地地表辐射收支演变规律［J］.生态学报，2022，42（11）：4550-4560.
42	巩远发，段廷扬，陈隆勋，等.1997/1998年青藏高原西部地区辐射平衡各分量变化特征［J］.气象学报，2005（2）：225-235.
43	次仁尼玛，单增罗布，宣越健，等.青藏高原羊八井地区地表辐射的季节变化特征［J］.高原气象，2013，32（5）：1253-1260.
44	周洒洒，何清，金莉莉，等.塔克拉玛干沙漠北缘绿洲-荒漠过渡带辐射特征：以肖塘为例［J］.中国沙漠，2020，40（4）：43-51.
45	姚旭阳，张明军，张宇，等.中国西北地区气候转型的新认识［J］.干旱区地理，2022，45（3）：671-683.
46	赵传成，王雁，丁永建，等.西北地区近50年气温及降水的时空变化［J］.高原气象，2011，30（2）：385-390.
47	张强，朱飙，杨金虎，等.西北地区气候湿化趋势的新特征［J］.科学通报，2021，66（）：3757-3771.
48	施雅风，沈永平.西北气候由暖干向暖湿转型的信号、影响和前景初探［J］.科技导报，2003（2）：54-57.

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

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

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

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

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

Radiation balance characteristics of the ecological transition zone in the southern margin of the Taklamakan Desert

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[1]	Jiacheng Gao, Yu Wang, Sayit Hajigul, Mamtimin Ali, Yongqiang Liu, Xueshang Zhao, Xinghua Yang, Wen Huo, Fan Yang, Chenglong Zhou. Characteristics of surface radiation budget in Gurbantunggut Desert [J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(1): 47-58.
[2]	Yang Yang, Yang Fan, Ali Mamtimin, Yang Xinghua, Huo Wen, Zhou Chenglong, He Qing, Chen Shuai. Comparative Analyses on Surface Radiation Characteristic in Tazhong of the Taklamakan Desert and Guaizihu Lake of the Badain Jaran Desert [J]. Journal of Desert Research, 2018, 38(5): 1068-1077.
[3]	Liao Xiaohe, He Qing, Jin Lili, Yang Xinghua, Ali Mamtimin, Huo Wen, Yang Fan. Change of Surface Albedo, Soil Temperature and Moisture under Snow Cover in the Hinterland of Taklimakan Desert in Winter [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2018, 38(2): 393-400.
[4]	Yin Daiying, Qu Jianjun, Yu Ye, Zhao Suping, Li Fang, Xiao Jianhua. Variations of the Components of Radiation in Desert Wetland of Dunhuang, China [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2018, 38(1): 172-181.
[5]	Yang Fan, Wang Shunsheng, He Qing, Huo Wen, Yang Xinghua, Zheng Xinqian, Wang Yi, Cai Wenjun, Ali Mamtimin. Surface Radiation and Energy Balance in Hinterland of the Taklimakan Desert [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2016, 36(5): 1408-1418.
[6]	Jin Lili, He Qing, Ali Mamtimin, Li Zhenjie. Characteristics of the Land Surface Radiation Balance and Land Surface Albedo in the Taklimakan Desert Hinterland [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2014, 34(1): 215-224.
[7]	CHEN Feng-li1,2, JIN Zheng-zhong1, LI Sheng-yu1, XU Xin-wen1, LI Lei1,2,3. Effects of Heat Stress on Photosystem II in Karelinia caspica [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2013, 33(5): 1371-1376.
[8]	GU Run-yuan, WU Rong-sheng, ZHOU Wei-can, WANG Xin. Impact of Sand-dust Weather on Micrometeorological Characteristics in Semi-arid Grassland of Inner Mongolia [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2012, 32(3): 815-823.
[9]	ZHANG Ya-feng;WANG Xin-ping;PAN Yan-xia;WANG Zheng-ning;HU Rui;. The Dependence of Surface Albedo on Soil Moisture in An Arid Desert Area [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2011, 31(5): 1141-1148.
[10]	ZHANG Kai;WANG Run-yuan;ZHANG Qiang;SI Jian-hua;YANG Qi-guo;LIU Hong-yi;WANG He-ling. Characteristics of Surface Radiation and Energy Balance as Well Microclimate within Oasis-Desert Ecotone of Zhangye on Typical Clear Days in Summer [J]. JOURNAL OF DESERT RESEARCH, 2007, 27(6): 1055-1061.