近地层能量平衡闭合问题及其影响和修正方法研究

The widely concerned surface energy balance closure problem (EBC) has large impacts on the analysis of various surface flux observations, also, the validation and improvement of land surface models. It is related to the eddy covariance flux observation system itself, as well as the procedure of turbulence data processing, however, mainly a limitation of using point, time-averaging observation for the areal representative mean quantities. In this proposal, based on a further study of EBC characteristics of some homogeneous surfaces, we will conduct intensive observations with a dense tower & flux network on the Heihe River oasis, to study the effect of surface heterogeneities on the flux observation at a scale of 100 m -1,000 m scales. In addition, observations on a desert-oasis-desert section of tower and flux systems along the prevailing wind will be carried out, to study the effect of desert-oasis secondary circulations on the flux observation at a scale of 1,000 m-10,000 m scales. Based on these studies, some proper correct methods for the EBC will be selected, and a better flux data set will be prepared for the validation of land surface models and remote sensing evapotranspiration models, as well as for the flux data study in the CO2 sequestration and the management of water resources, etc..

广为关注的近地层能量平衡闭合问题，对地气间水热交换的分析及陆面过程模式的检验与发展等都有较大影响。除涡动相关通量观测及湍流资料处理不当等技术原因外，问题主要与由单点时间序列观测代表面积平均量的局限性有关。本项目将在深入研究较开阔均匀下垫面近地层能量平衡闭合特征的基础上，以黑河中游绿洲中心各站为主，辅以加密的沿该地区主风向多个由沙漠到绿洲再到沙漠的风温湿梯度和湍流通量观测系统，一方面通过观测和数值模拟分析绿洲下垫面因植被和灌溉条件不同引起的百米- - 千米尺度非均匀性的影响，同时，分析研究千米- - 10千米尺度该地区白天较稳定的沙漠-绿洲环流的平流效应，更好地了解本地区能量不闭合的各有关机制。在此基础上，检验和选定最适当的实现能量闭合的湍流通量修正方法，为水文-大气模式特别是陆面过程模式和遥感ET（蒸发蒸腾）模式的检验和发展,以及地表碳收支研究和水资源管理应用等提供可靠的地表水热等通量数据支持。

广为关注的近地层能量平衡闭合问题，对地气间水热交换的分析及陆面过程模式的检验与发展等都有较大影响。除涡动相关通量观测及湍流资料处理不当等技术原因外，问题主要与由单点时间序列观测代表面积平均量的局限性有关。本项目深入研究较开阔均匀下垫面近地层能量平衡闭合特征的基础上，以黑河中游绿洲中心各站为主，初步分析了绿洲下垫面因植被和灌溉条件不同引起的百米- - 千米尺度非均匀性的影响，并尝试探索千米- - 10千米尺度该地区白天较稳定的沙漠-绿洲环流的平流效应，更好地了解本地区能量不闭合的各有关机制。在此基础上，检验和选定实现能量闭合的湍流通量修正方法，并发展了一种获取卫星像元/网格尺度面积平均通量的聚合方法，为水文-大气模式特别是陆面过程模式和遥感ET（蒸发蒸腾）模式的检验和发展,以及地表碳收支研究和水资源管理应用等提供可靠的地表水热等通量数据支持。