新疆天山中段地表辐射空间差异分析

发布时间：2020-10-29 09:57

　　 太阳辐射是气候形成和变化的主要驱动力,在全球变化研究中具有重要意义。太阳辐射传输过程中受到大气削弱,地表特性的重新分配,形成的地表辐射空间分布特征。地表辐射研究对于进一步探究气候形成的机制,地表能量平衡研究具有重要意义。高寒山区的地形条件使得太阳辐射在地表的重分配有别于平原地区,尤其是强烈的海拔高差导致山区地表辐射表现出垂直梯度。高寒山区环境恶劣,条件艰苦,人迹罕至,数据采集困难,不利于山区地表辐射平衡研究的开展。本文利用2014年4月和2016年6月两次野外观测数据,对新疆天山中段地表辐射影响因素进行研究和探讨。依据高分辨率对地观测系统国家重大专项项目“新疆天山中部高分载荷雪冰监测评价”(95-Y40B02-9001-13/15-04)的对天山中段地区地表辐射差异的研究需求确立了本文的研究内容。以天山中段玛纳斯河流域为主要研究区,综合两次野外观测获取的地表辐射数据,研究天山中段地表辐射的特性。从气象因素、下垫面因素和地形因素三个角度研究地表辐射平衡各分量(下行辐射、上行辐射、净辐射、地表反照率)的差异。绘制地表辐射平衡各分量随海拔高度升高的变化曲线,并利用微分技术得到地表辐射平衡各分量的垂直梯度,探讨其变化特点。为高寒山区地表辐射平衡研究提供参考。论文的主要研究内容和结论包括:(1)地表辐射数据获取2015年4月和2016年6月,课题组两次赴天山中段地区玛纳斯河流域进行野外地表辐射观测。在人迹可达的前提条件下,综合考虑下垫面类型和海拔高度两个因素,进行野外观测点的选择。对每个观测点的基本信息进行记录。利用太阳总辐射表,根据观测规范,进行地表辐射测量,并对结果进行初步讨论。(2)下行辐射和上行辐射的空间分布特性探讨天山中段玛纳斯河流域野外观测获取的地表上/下行辐射空间分布特性与太阳高度角、天空中云的分布、下垫面类型、地形条件四个因素的内在联系。结果表明,晴空条件下,不同下垫面类型的地表上/下行辐射均随太阳高度角的增大而增大。地表下行辐射受到云的剧烈影响,多云条件下的最大值可以超过晴空条件下最大值的18%,对于地表上行辐射高达40%。积雪上行辐射远大于草地,积雪上行辐射受积雪本身物理性质影响,草地上行辐射绝对值一般小于200 W/m2。天山中段地区1100～3900 m海拔范围内,地表下行辐射随海拔的升高呈现先升高后降低的趋势,升高阶段垂直辐射梯度为7.91 W/m2·100m,下降阶段垂直辐射梯度为5.95 W/m2· 100m。上行辐射随着海拔高度的升高呈现持续升高的趋势。海拔1124～3324m间的垂直辐射梯度为14.60 W/m2· 100m;海拔3324～3879 m间的垂直辐射梯度为45.87 W/m2· 100m。上行辐射垂直梯度的绝对值明显大于下行辐射,一定程度上表明上行辐射的空间分布复杂程度远大于下行辐射。(3)地表净辐射和地表反照率的空间分布特性探讨野外观测获取的地表净辐射/反照率空间分布特性与影响因素之间的内在联系。从观测期间当地的太阳高度角、天空中云的分布情况、下垫面类型、地形条件四个角度展开讨论。结果表明,草地净辐射随太阳高度角的增大而增大,草地反照率随太阳高度角的增大不产生明显变化。积雪净辐射和反照率随太阳高度角的日内变化特点与积雪本身的物理性质相关。地表净辐射受到云的影响大,多云条件下草地净辐射的最大值可以超过晴空条件下最大值的14%,雪地反照率曲线波动较为明显。晴空且太阳高度角相同的条件下,草地下垫面的净辐射远大于积雪下垫面,积雪下垫面的地表反照率远大于草地下垫面。地表净辐射随着海拔高度的升高,呈现持续降低的趋势。海拔1124～3324m间的垂直辐射梯度为—6.71 W/m2·1OOm;海拔3324～3879m间的垂直辐射梯度为-51.80W/m2·100m。地表反照率随着海拔高度的升高,呈现持续升高的趋势。海拔1124～3324m间的垂直反照率梯度为0.01/100m,即在1124～3324m的海拔高度范围内,研究区的海拔每升高100 m,地表反照率平均增加0.01;海拔3324～3879 m间的垂直辐射梯度为 0.05/100 m。论文给出了两次天山中段玛纳斯河流域野外地表辐射测量的概况,利用获取的数据资料,根据综合考察时的观测条件,从太阳高度角、云、下垫面和地形四个角度探讨了天山中段地区地表辐射的日内变化特征、云遮挡效应、水平分布差异、垂直分布梯度。本研究为高寒山区气候研究、山区地表辐射平衡研究、冰雪消融过程研究等提供一定的参考。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P422.2
【部分图文】：

个因素的关系。验证之前科研工作者在高寒山区地表辐射研究中的一些结论，发??现新疆天山中段地区地表净辖射／地表反照率的新特点。??主要技术路线如图１－１所示。本文总体上按照“野外观测方案设计一地表辐??射数据获取一地表辐射分量空间分布特性”的技术路线，以新疆天山中段地区为??研究区，通过两次野外观测获取地表辐射数据。野外观测过程中综合考虑下垫面??条件和海拔高度来确定地表辐射观测点位置，并利用精度适宜、工作状态良好的??太阳总辐射表，根据相应的测量规范来操作。将野外观测获取的原始上下行辐射??数据提取出来，并处理得到地表净辐射和地表反照率数据。对这四类数据根据太??阳高度角、气象条件、下垫面条件和海拔高度进行综合分析。其中气象条件包括??多云和阴天、下垫面条件包括草地和积雪，海拔高差的范围是１１００？３９００ｍ。??１２??

控制着天山的基本地貌格局，形成天山特有的山地与谷地、盆地相间的地貌特征。??北天山全长１３００?ｋｍ，分东西两段。北天山西段，西起中国与哈萨克斯坦边界，??东到天格尔山，总体走向东西。北天山西段山势由依连哈比尔尕山结向东西两侧，??高度逐渐降低。依连哈比尔尕山不仅是北天山最高峰之一，也是中国天山中仅次??于托木尔一汗腾格里山结的第二山汇所在地。以玛纳斯河源为中心，海拔超过??５０００?ｍ的山峰有２１座，最高峰为５２８９?ｍ，是北天山现代冰川分布最集中的山段，??共有现代冰川１４４０多条，面积达１５６６?ｋｍ２多，占我国天山冰川面积的１６．４％。??北天山西段降水较多，生态与环境条件优越，是天山地区森林带分布最多的山地。??中天山北部玛纳斯河上游的天山支脉喀拉乌成山、依连哈比尔尕山及比依克??山的山结，海拔５０００－５５００?ｍ，仅次于天山主峰托木尔峰地区的天山第二大高山??带山结，其冰川面积仅次于托木尔峰地区，故造成该地区发源出玛纳斯河这一准??噶尔盆地流程最长流量最大的内陆河的重要条件。??６５?０－Ｅ?５０?０?Ｅ?９５￣０＇Ｅ?８５?Ｏ?Ｅ?８５?２０?Ｅ?８５?４０＇Ｅ???

１７５０？２８４０?ｍ间形成宽阔的山地森林带，其下部的草甸草原和真草原则分布到海??拔１１００？１３００ｍ，下部蒿属为主的半荒漠草原，在８００?ｍ左右的前山与倾斜平原??上的荒漠相接。玛纳斯河流域共有高等植物６００余种。图２－２、图２－３、图２－４??分别反映玛纳斯河流域高山冰雪带、中山带沟壑和前山带草地景观。??图２－２高山带冰雪景观??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?Ｌａｎｄｓｃａｐｅ?ｏｆ?ｉｃｅ?ａｎｄ?ｓｎｏｗ?ｉｎ?ａｌｐｉｎｅ?ｚｏｎｅ??１７??？?？??
【参考文献】

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本文编号：2860741