半干旱地区地表能量特征分析绪论
本文利用黄土高原半干旱地区SACOL站2007年和2008年两年的辐射通量观测资料，再结合吉林通榆退化草地和农田观测站点的资料，对比分析了半干旱地区的能量特征。结果表明：净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量的变化有明显年际变化差异。受降水和土壤湿度的影响，潜热通量在夏季达到最大，感热通量在春季最大，秋季和冬季的相对较小。在能量分配中，感热通量占主导地位，约占40%，潜热通量相对较小，土壤热通量最小。在分析能量平衡时，土壤热通量不能忽略，SACOL站、通榆退化草地站、农田站在考虑土壤热通量之后，能量闭合率分别提高8%，2%，2%，达到80%、69%和63%。
关键字：半干旱区;辐射能量;能量分配;能量平衡
干旱半干旱区约占全球陆地总面积的 30%，这里年降水在 200‐600mm 之间，水资源缺乏、生态环境极其脆弱。此外，干旱半干旱区作为全球陆地的特殊组成部分，是全球气候变化最敏感，也是生态和农业脆弱地区最脆弱的地区之一，对气候变化响应迅速而剧烈。研究表明，干旱半干旱区是近100年来温度增加最显著的地区，特别是半干旱区，对全球陆地变暖的贡献达到44%[1]。随着全球气候变暖越来越受到人们的关注，对其研究也进一步推进，而半干旱地区作为其贡献者之一，对其的研究也显得有意义。研究半干旱地区的能量特征，有助于进一步了解区域气候系统的能量和物质循环以及气候变化过程[2]。
20世纪80年代以来，陆气相互作用逐渐引起了人们的广泛注意，并且发展成为一个重要的发展领域。野外观测实验是认识陆气相互作用的基础，世界气候研究计划和国际地图生物圈计划(IGBP)陆续在全球具有代表性的生态和气候区域开展了50多个路面过程野外总合观测实验研究。进行了对比试验，其结果表明各种路面过程模式存在很大的不一致性，其中对感热和潜热通量的估算和差别平均可达17W/m2。目前各种陆面过程参数方案对地表辐射平衡以及热量平衡的估算结果不堪设想，这种对于地表通量估算的不确定对于大气模式计算得到的结果影响比较大[3]。
我国陆续开展了一系列路面过程野外总合观测实验。1989—1994年与日本在甘肃黑河地区经行的HEIHE实验，是我国最早在飞均匀下垫面干旱地区开展和进行的陆面过程实验，研究了干旱区荒漠和绿洲等不同的下垫面陆气水热通量交换，干旱气候的形成以及陆面物理过程的变化[4]。左洪超等的研究了沙漠和戈壁
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地区的总体输送关系[5]；吕世华等使用美国MM5V3.5非静力平衡模式，通过三重嵌套的降尺度方法分别模拟了不同绿洲环流和边界层特征，发现绿洲大小不同，其能量与水分的输送不同[6]；张强等计算分析了敦煌戈壁的感热交换系数；吕达人等分析了内蒙草原的地表特征变化与气候相互作用的问题[7]；Ma等利用遥感研究了干旱和高原地区的地表通量[8]；Yang兴国等利用定西干旱检测基地2003年6-8月的观测资料，在分析陇中黄土高原夏季地表通量特征得出在春小麦下垫面，无论晴天或阴天，能量主要消散于农田蒸散[9]；在裸地下垫面各能量通量表现出同样的交换特征；郭建侠对玉米地生长期能量平衡状况经行了研究，认为地表能量分量的时间不同步是导致能量过闭合的原因[10]；刘辉志等分析了非生长季节近地表层微气象及能量通量资料[11]。除通榆站外，兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）也加入了CEOP观测站经行全年不简短的地表物质和能量交换观测，李宏宇等分析了榆中地区陆面的相关物理参数，这些研究丰富了对陇中黄土高原陆面过程的认识，加深了对陆面过程与气候和环境关系的理解
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但是关于黄土高原陆气相互作用和地表能量平衡特征分析的研究很少见。故而本文旨在采用半干旱地区两年的观测资料经行地表能量的特征分析，讨论热量通量，潜热通量，土壤热通量平均变化的比较，对其分布和变化特征进行归纳总结，并结合气候背景，以便于做出未来气候变化对半干旱地区的影响的预测。 为了能全面的理解半干旱地区辐射能量特征变化，本文先分析黄土高原半干旱区SACOL站2007年和2008年两年的能量的变化，能量分配和能量平衡特征。再结合中国东北半干旱区吉林通榆站退化草地站和农田站点的辐射观测资料，对不同下垫面类型的能量特征、能量分配和能量平衡特征进行对比分析，得出的结论如下：
（1）SACOL站净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量有明显的年际变化差异，在生长季节偏高，非生长季节偏低。2007年潜热通量比2008年大，感热通量比2008年小。净辐射和通量日变化呈“U”型变化。受降水的和土壤湿度的影响，潜热通量在夏季达到最大，春季次之，其次是秋季，冬季最小，而感热通量在春季最大，夏季次之，秋季和冬季最小。
（2）在能量分配中，SACOL站两年内均以感热通量为主，约占净辐射能量的40%，潜热通量次之，约占净辐射通量的31%，地表土壤热通量最小，约为20%。感热通量和潜热通量存在明显的负相关，并受降水和土壤湿度的影响，在雨水充沛的生长季节，潜热通量占主导地位。地表热通量几乎不受降水的影响。
（3）Bowen可以用来表征感热通量和潜热通量的分配情况，通过对三个站Bowen比的变化情况来看，SACOL站和通榆农田的Bowen比日变化的变化范围为0~10，
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而通榆草原Bowen比平均值在0~20间波动。三个站，Bowen比值都随着土壤湿度的增大以指数形式减小，在土壤湿度相对较小的时候，通榆退化草地站和农田站的Bowen比大于SACOL站的Bowen比，通榆退化草地的Bowen最大，农田站次之，SACOL站相对最小。
（4）SACOL站在考虑土壤热通量的情况下，能量闭合率提高7%~9%，即有部分能量损失在0.05m以上的土壤层中，因而在考虑能量平衡时，土壤热储量是不能忽略的。在考虑土壤热通量的情况下，SACOL站两年间的闭合率为80%左右。 SACOL站和通榆退化草地站、农田站对比分析中看出，三个站点的能量闭合率分别为80%、69%、63%，约有6%的能量损失在植被冠层中。
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