塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地局地气候观测研究

It is extremely arid in the Taklimakan Desert. As the construction of oil base, an artificial vegetation of 3.6 km2 formed in the sand dune profile. Because of the change of substrate, meteorological parameters change with it and result in the energy distribution change and the powerful contrast between local climate and desert climate. It is necessary to explore the range of various meteorological parameters and the difference of flux parameters between artificial vegetation and nature desert, and evaluate response of the parameterization scheme to local climate of artificial vegetation. Aiming at this, by using the high precision instruments and advanced experiment method, we observe the artificial and nature desert synchronously in the growth season. According to vegetation edge effect, we strengthen observation experiment. By using theory, data analysis and numerical simulation methods, to quantitative analyze the difference of local climate of different substrate, explore the sensible and latent heat temporal distribution phase difference and its cause, compare the observed fact and simulation result of land surface process, and evaluate the response of the parameterization scheme to local climate of artificial vegetation. This will provide scientific data and research base for the land-atmosphere interaction and influence mechanism between sand and oasis.

塔克拉玛干沙漠，气候极端干旱。随着石油基地的建成，在研究区的自然沙陇剖面上形成了面积达3.6 平方公里的人工绿地。由于下垫面性质的改变，引起气象特征参数连锁反应，导致近地层能量分配格局改变，局地性气候与沙漠气候形成了强烈反差，我们亟待需要解析在气候差异下，各项气象参数的变化区间；需要了解人工绿地与自然沙面通量参数的差异；需要评估陆面参数化方案对人工绿地局地性气候的响应程度。本项目正是以此为目标，通过高精度观测仪器和先进试验手段，在生长季，获取人工绿地和自然沙面同步观测数据，同时针对绿地边缘效应，同步开展强化观测试验，利用理论研究、试验数据分析、数值模拟等方法，定量地解析不同下垫面局地性气候的差异性；揭示感热、潜热时间分布位相差异的原因机理；利用陆面过程模拟与观测事实进行参数对比分析，评估参数化方案对局地性气候的响应程度，为沙漠—绿洲地气之间相互作用及影响机制提供科学试验数据支撑和研究基础。

研究人类活动对干旱沙漠地区局地性气候的影响问题，是沙漠气象学研究的有力切入点，将有助于更深刻的了解人类有意识改变下垫面的状况下，沙漠与绿地区之间局地气候变化的互馈机制，这是一项实践意义重大、科学生态意义深远的工作。基于塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地和自然流动沙面的观测研究，给出了不同下垫面，不同时间尺度上局地小气候的变化特征；通过潜热感热通量、净辐射等特征参数量化表征不同下垫面能量平衡的差异性；通过陆面模型模拟，与观测事实对比验证，评估了不同下垫面特征参数的模拟效果。其中：该区域局地小气候主要体现在风速和春、夏、秋季湿度上，而气温和冬季湿度主要分别受逆温和逆湿的影响。白天，绿地中心区域的气温与边缘地带相比相差较小，但夜间二者相差较大；1、4、7和10月夜间因近地层80m内存在明显逆温现象，边缘地带所处地势较高，其气温比中心区域高0.1～8.3℃、0.3～4.1℃、0.4～4.2℃、0.5～8.4℃。绿地中心区域3～10月湿度明显高于边缘地带，塔中本站湿度比西沙梁高0.3～1.8 g•kg-1、比东沙梁高0.7～3.5 g•kg-1，体现了绿化带增加湿度的作用。塔中地区人工绿地与自然沙面地表热量输送主要是以感热输送为主，人工绿地最大感热通量变化范围160-220W•m-2，自然沙面变化范围170-270W•m-2，自然沙面感热通量高于人工绿地，并且变化幅度较大，6时之前感热通量为负值，之后出现正值，19时左右变为负值，即它的符号改变出现在日出、日落前后。人工绿地与自然沙面潜热通量相比，人工绿地潜热通量高于自然沙面，自然沙面潜热通量最大值变化范围10-80W•m-2，人工绿地变化范围30-80W•m-2，并且自然沙面潜热通量的变化幅度较大。在沙漠地区，模式对感热通量的模拟能力高于潜热通量，对流动沙区的模拟能力优于人工绿地，这也说明模式对沙漠地区水汽传输模拟机制有待改善。模式对两个站点土壤温度模拟相关系数较高，均在0.97以上，在温度高值区存在低估，对人工绿地土壤温度模拟精度优于流动沙丘。模式对塔中西站流动沙丘土壤湿度模拟相关性优于本站人工绿地，且整体都高估了土壤湿度，在低值区的高估尤以明显，绿地站点土壤湿度RMSE小于沙漠地区。