塔克拉瑪干沙漠南緣近地層風(fēng)溫濕廓線(xiàn)與能量交換特征

付光祥， 何 清， 王勇輝， 馬明杰， 陰璐璐， 張 乾

（1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院/新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830054；2.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所/新疆塔克拉瑪干沙漠氣象國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站/中國(guó)氣象局塔克拉瑪干沙漠氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地/新疆沙漠氣象與沙塵暴重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830002；3.民豐縣氣象局，新疆 民豐 848599）

隨著氣候變暖和人類(lèi)生存環(huán)境的惡化，當(dāng)前地球系統(tǒng)科學(xué)受到廣泛重視，陸面過(guò)程作為地球系統(tǒng)科學(xué)研究的重要內(nèi)容，現(xiàn)已成為學(xué)界研究的重點(diǎn)對(duì)象及前沿領(lǐng)域［1］。從1880年開(kāi)始，以世界氣候研究計(jì)劃和國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃為首的國(guó)際性組織進(jìn)行了50 多項(xiàng)以氣候和生態(tài)為主要研究?jī)?nèi)容的陸面過(guò)程實(shí)驗(yàn)［2-3］。中國(guó)自20世紀(jì)80年代末陸續(xù)開(kāi)展了一系列關(guān)于不同地區(qū)及不同下墊面陸面過(guò)程的科學(xué)項(xiàng)目，其中以黑河實(shí)驗(yàn)［4］、第二次青藏高原大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)［5］、亞洲季風(fēng)實(shí)驗(yàn)-青藏高原實(shí)驗(yàn)［6］、西北干旱區(qū)陸-氣相互作用實(shí)驗(yàn)［7］、淮河流域能量和水分循環(huán)實(shí)驗(yàn)［8］及內(nèi)蒙古半干旱草原土壤-植被-大氣相互作用實(shí)驗(yàn)［9］最具代表性。

沙漠作為下墊面的典型類(lèi)型，約占地球陸地的1/3，其獨(dú)特環(huán)境和地表能量交換在全球氣候變化中扮演重要角色，而且對(duì)氣候變化響應(yīng)極為明顯［10］。因此，開(kāi)展沙漠地區(qū)陸面過(guò)程研究對(duì)深入理解干旱區(qū)氣候變化及形成具有重要意義。中國(guó)沙漠地區(qū)陸面過(guò)程的研究始于新疆氣象局沙漠氣象研究所于2003年在塔中布設(shè)了一系列梯度通量觀測(cè)系統(tǒng)，基于此，許多學(xué)者利用這些觀測(cè)資料分析了塔中的輻射平衡、能量平衡及風(fēng)溫濕廓線(xiàn)結(jié)構(gòu)等特征［11-15］，得出了“沙漠腹地能量消耗以感熱為主、沙漠地區(qū)存在逆溫逆濕現(xiàn)象”等重要結(jié)論，隨后關(guān)于塔克拉瑪干沙漠北緣［16］、古爾班通古特沙漠［17］、巴丹吉林沙漠［18］等地區(qū)的陸面過(guò)程研究相繼開(kāi)展，伴隨著陸面過(guò)程理論化越趨成熟，現(xiàn)階段關(guān)于沙漠地區(qū)陸面過(guò)程的研究多集中于數(shù)值模擬［19］、衛(wèi)星遙感反演［20］等手段，這些研究為學(xué)界豐富干旱區(qū)陸面過(guò)程研究奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。但目前關(guān)于塔克拉瑪干沙漠南緣風(fēng)溫濕廓線(xiàn)結(jié)構(gòu)及能量交換的陸面過(guò)程研究較少。

塔克拉瑪干沙漠南緣是塔克拉瑪干沙漠與昆侖山交接的核心區(qū)域，也是生態(tài)環(huán)境退化和劣變的典型地區(qū)，氣候特征是降水量小、蒸發(fā)量大、風(fēng)沙天氣多［21］，屬于荒漠-綠洲生態(tài)過(guò)渡區(qū)，具有獨(dú)特的下墊面性質(zhì)和自然水熱特征，所以對(duì)該區(qū)域近地層陸面過(guò)程的研究不僅能對(duì)該地區(qū)預(yù)防大風(fēng)、干旱、沙塵暴等極端災(zāi)害天氣具有預(yù)測(cè)作用，也可能使其在地氣物質(zhì)和能量交換方面有著特殊性。因此，本文利用青藏高原北側(cè)陸-氣相互作用觀測(cè)站2022 年35 m梯度風(fēng)溫濕、輻射及渦動(dòng)資料分析該地區(qū)風(fēng)溫濕廓線(xiàn)結(jié)構(gòu)及能量交換特征，進(jìn)而提高對(duì)該地區(qū)陸面過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況、儀器及資料

青藏高原北側(cè)陸氣相互作用觀測(cè)站（36°44′21″N，83°11′17″E；海拔2275 m）位于塔克拉瑪干沙漠南緣，距塔克拉瑪干沙漠腹地以南200 km，處于和田地區(qū)民豐縣葉亦克鄉(xiāng)，簡(jiǎn)稱(chēng)“葉亦克站”。該地區(qū)屬溫帶荒漠性氣候，氣候極其干旱，沙塵天氣頻發(fā)，是全國(guó)沙塵日數(shù)之最（約280 d），具有日照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大、降水稀少、高溫、潛在蒸發(fā)大等特點(diǎn)［21］，年均氣溫12.3 ℃，年降水量不足40 mm，蒸發(fā)量達(dá)3104.3 mm。觀測(cè)環(huán)境下墊面為荒漠，周?chē)脖环植枷∈瑁饕择劷q藜、裸果木等為主。

為了加強(qiáng)對(duì)塔克拉瑪干沙漠南緣陸面過(guò)程的認(rèn)識(shí)，烏魯木齊沙漠氣象研究所和民豐縣氣象局于2018年10月在葉亦克站布設(shè)了梯度觀測(cè)、土壤溫濕度、土壤熱通量、渦動(dòng)及輻射系統(tǒng)。站點(diǎn)觀測(cè)設(shè)備及型號(hào)見(jiàn)表1。本文時(shí)間采用地方時(shí)，比北京時(shí)間晚2 h 28 min。季節(jié)劃分按3—5 月（春季）、6—8 月（夏季）、9—11（秋季）、12—2月（冬季）劃分。

表1 觀測(cè)儀器及型號(hào)Tab.1 Observation instruments and models

1.2 資料處理方法

原始風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度及輻射數(shù)據(jù)首先用Loggernet 進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，隨后用Excel 處理得到。對(duì)原始感熱和潛熱數(shù)據(jù)用EddyPro進(jìn)行質(zhì)量控制和預(yù)處理，具體包括對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性檢驗(yàn)、野點(diǎn)去除、延遲時(shí)間校正等步驟，最終得到1 h的感熱和潛熱數(shù)據(jù)。

比濕（q，g·kg-1）計(jì)算過(guò)程如下［22］：

式中：e為水汽分壓（hPa）；p為大氣壓（hPa）；T為大氣溫度（℃）；RH 為相對(duì)濕度（%）；E為飽和水氣壓（hPa）。

凈輻射（Rn，W·m-2）及地表反照率（α）計(jì)算公式如下［23］：

式中：SW ↓、SW ↑、LW ↓、LW ↑分別為向下短波輻射、向上短波輻射、向下長(zhǎng)波輻射及向上長(zhǎng)波輻射（W·m-2）。

地表能量平衡方程為：

式中：G0、H、LE 分別為地表土壤熱通量、感熱通量和潛熱通量（W·m-2）。其中，土壤熱通量通過(guò)一維熱傳導(dǎo)方程結(jié)合20 cm 深處的熱通量與10 cm 的土壤溫度校正到地表，具體計(jì)算過(guò)程如下［24］：

式中：G0為校正的地表土壤熱通量（W·m-2）；G20為20 cm處的土壤熱通量（W·m-2）；ρsCs為土壤體積熱容量（1.08×106J·m-3·m-1）；T(Zi,t)為0 cm、10 cm、20 cm處的土壤溫度（℃）；Zi為某層土壤深度（cm），i為土壤層數(shù)；t為時(shí)間（s）；Δt為時(shí)間間隔（3600 s）；ΔZ為20 cm處土壤深度。

土壤表層溫度（T0）計(jì)算公式如下：

式中：ε?為比輻射率，取值0.96；σ為斯蒂芬-波爾茨曼常數(shù)，取值5.67×10-8W·m-2·K-4。

感熱通量（H）和潛熱通量（LE）通過(guò)渦動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)獲得：

式中：ρ為空氣密度（kg·m3）；Cp為定壓比熱，取值1004.67 J·kg-1；λ為水的蒸發(fā)潛熱，取值2.5×106J·kg-1；θ′為位溫脈動(dòng)量；q′為比濕脈動(dòng)量；ω′為垂直風(fēng)速脈動(dòng)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 32 m鐵塔風(fēng)溫濕廓線(xiàn)結(jié)構(gòu)

2.1.1 風(fēng)速廓線(xiàn)特征由塔克拉瑪干沙漠南緣0.5～32 m 四季風(fēng)速廓線(xiàn)變化（圖1）可知，四季風(fēng)速整體均隨高度上升而呈上升的變化趨勢(shì)，但四季從夜間到早上風(fēng)速也有隨高度上升而出現(xiàn)下降的情況，這可能是因?yàn)樵谝归g空氣急劇下降，形成了上層氣溫高，下層氣溫低的情況，使得風(fēng)從下層高壓吹向上層低壓，因此風(fēng)速?gòu)囊归g到早上出現(xiàn)了減弱趨勢(shì)。各層全年平均風(fēng)速為3.05 m·s-1，四季平均風(fēng)速分別為3.59 m·s-1、3.20 m·s-1、3.24 m·s-1與2.54 m·s-1，表現(xiàn)為春季>秋季>夏季>冬季，主要原因可能是春季溫度回升較快，導(dǎo)致早晚溫差大、氣壓差大、風(fēng)力大。四季最大風(fēng)速梯度分別為6.23 m·s-1、5.88 m·s-1、5.69 m·s-1與3.83 m·s-1，最小風(fēng)速梯度分別為1.37 m·s-1、1.40 m·s-1、1.44 m·s-1與0.74 m·s-1。

圖1 四季風(fēng)速廓線(xiàn)Fig.1 Wind speed profiles in four seasons

2.1.2 溫度廓線(xiàn)特征由塔克拉瑪干沙漠南緣0.5～32 m 四季溫度廓線(xiàn)結(jié)構(gòu)（圖2）可以看出，四季溫度廓線(xiàn)晝夜變化特征明顯，白天溫度均隨高度上升呈下降趨勢(shì)，夜間均出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，逆溫層厚度可達(dá)到30 m以上。四季平均溫度分別為13.69 ℃、23.64 ℃、9.16 ℃與-5.44 ℃，表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季，這主要受太陽(yáng)高度角的影響。四季最大溫度梯度分別為19.9 ℃、28.93 ℃、15.06 ℃與0.48 ℃，最小溫度梯度分別為7.91 ℃、19.11 ℃、3.59 ℃與-10.35 ℃。此外，塔克拉瑪干沙漠南緣四季溫度廓線(xiàn)與其他干旱地區(qū)一樣［25-27］，也可分為早晨過(guò)渡型、白天輻射型、傍晚過(guò)渡型和夜間輻射型4種。春、夏季早晨過(guò)渡型略早于秋、冬季，在06:00—08:00 出現(xiàn)，白天輻射型在08:00—18:00 出現(xiàn)，傍晚過(guò)渡型在18:00—20:00出現(xiàn)，夜間輻射型則在20:00—次日06:00出現(xiàn)，兩季氣溫變化基本相似。秋、冬季早晨過(guò)渡型出現(xiàn)時(shí)間則比春、夏季晚，在08:00—10:00 出現(xiàn)，白天輻射型在10:00—16:00 出現(xiàn)，傍晚過(guò)渡型在16:00—18:00出現(xiàn)，夜間輻射型則在18:00—次日08:00 出現(xiàn)。造成這一差異的原因主要是四季太陽(yáng)輻射多寡不均所致。

圖2 四季溫度廓線(xiàn)Fig.2 Temperature profiles in four seasons

2.1.3 比濕廓線(xiàn)特征根據(jù)塔克拉瑪干沙漠南緣0.5～32 m 四季比濕廓線(xiàn)特征（圖3）可知，各季節(jié)比濕廓線(xiàn)差異明顯，春、夏季比濕廓線(xiàn)變化特征相似，整體均呈隨高度升高比濕減少的趨勢(shì)，但秋、冬季比濕晝夜變化特征明顯，秋季夜間10 m以上出現(xiàn)逆濕，冬季則2 m以上，逆濕層厚度最大可達(dá)30 m。該地區(qū)各季節(jié)平均比濕分別為2.51 g·kg-1、5.91 g·kg-1、2.34 g·kg-1與1.13 g·kg-1，表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季，造成這一差異的原因主要是該地區(qū)降水主要集中在夏季（表2），使得空氣濕度大，比濕相較于其他季節(jié)大。四季最大比濕梯度分別為2.73 g·kg-1、6.36 g·kg-1、2.52 g·kg-1與1.27 g·kg-1，而最小比濕梯度分別為2.35g·kg-1、5.48g·kg-1、2.20g·kg-1與1.01g·kg-1。此外，該地區(qū)比濕各個(gè)時(shí)刻在1.5 m處均出現(xiàn)拐點(diǎn)。

圖3 四季比濕廓線(xiàn)Fig.3 Specific humidity profiles in four seasons

表2 2022年塔克拉瑪干沙漠南緣總降水量Tab.2 Total precipitation at the southern edge of the Taklimakan Desert in 2022

2.2 地表輻射平衡特征

2.2.1 四季輻射平衡由塔克拉瑪干沙漠南緣四季輻射平衡平均日變化特征（圖4）可以看出，四季地表輻射平衡以正值為主，除向下長(zhǎng)波輻射外，其余各輻射分量均呈單峰型變化，但峰值大小及出現(xiàn)時(shí)間存在差異。其中，向下短波輻射因受到沙塵天氣的影響，季節(jié)變化明顯，四季均值分別為459.8 W·m-2、419.1 W·m-2、423.9 W·m-2與325.9 W·m-2，表現(xiàn)為春季>秋季>夏季>冬季；四季日峰值分別為846.3 W·m-2、714.9 W·m-2、716.5 W·m-2與543.2 W·m-2，出現(xiàn)時(shí)間與太陽(yáng)高度角變化規(guī)律一致，都在正午12:00 達(dá)到最大。

圖4 四季輻射通量平均日變化Fig.4 Mean diurnal variation of radiant flux in four seasons

向上短波輻射受向下短波輻射的直接影響，各季節(jié)變化趨勢(shì)與向下短波輻射基本一致，季節(jié)變化明顯，四季均值分別為87.5 W·m-2、78.4 W·m-2、64.8 W·m-2與44.1 W·m-2，表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季；四季日峰值分別為271.9 W·m-2、225.1 W·m-2、235.3 W·m-2與174.5 W·m-2，春季在13:00 出現(xiàn)，其他季節(jié)均在12:00 出現(xiàn)。此外，向上短波輻射還受到下墊面狀況和天氣現(xiàn)象的影響，雖然向下短波輻射在春季最大，但是向上短波輻射一年中的最大值并沒(méi)有出現(xiàn)在春季，而出現(xiàn)在冬季的12月17日12:00，為381.9 W·m-2，這極有可能受到降雪天氣的影響。

向下長(zhǎng)波輻射因受大氣溫度和天氣狀況影響，各季節(jié)大小差異顯著，四季均值分別為302.6 W·m-2、385.8 W·m-2、335.6 W·m-2與221.1 W·m-2，表現(xiàn)為夏季>秋季>春季>冬季，主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)降水集中在夏季，加之沙塵天氣頻發(fā)，空中云量和沙塵顆粒物增多，大氣散射能力增強(qiáng)所致；四季日峰值分別為323.6 W·m-2、407.9 W·m-2、370.1 W·m-2與230.9 W·m-2，春季日峰值出現(xiàn)時(shí)間在15:00，其余季節(jié)均在14:00出現(xiàn)。

由于沙質(zhì)土壤白天與夜間升、降溫幅度較大，溫度變化較為劇烈，所以向上長(zhǎng)波輻射季節(jié)變幅較為顯著，白天變化比夜間變化更為明顯，其受地表溫度影響極大。四季均值分別為401.4 W·m-2、463.2 W·m-2、361.8 W·m-2與286.5 W·m-2，表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季；四季日峰值分別為524.8 W·m-2、568.7 W·m-2、463.1 W·m-2與362.1 W·m-2，出現(xiàn)時(shí)間均在13:00，說(shuō)明該地白天最高溫度也在此時(shí)出現(xiàn)。

凈輻射共同受輻射四分量影響，其變化趨勢(shì)和各輻射變化較一致，其季節(jié)變化在夜間均為負(fù)值，白天為正值，這說(shuō)明夜間能量由地表向大氣傳輸，白天則由大氣向地表傳輸。四季均值分別為81.7 W·m-2、88.5 W·m-2、84.4 W·m-2與26.2 W·m-2，表現(xiàn)為夏季>秋季>春季>冬季；四季日峰值出現(xiàn)時(shí)間一致，均在12:00，分別為374.7 W·m-2、331.2 W·m-2、306.7 W·m-2與243.8 W·m-2。

2.2.2 地表反照率變化特征及影響因子分析地表反照率是影響地表輻射平衡的一個(gè)重要參量，其受下墊面性質(zhì)、天氣狀況及太陽(yáng)高度角等因素的影響。由塔克拉瑪干沙漠南緣地表反照率變化特征（圖5）可以看出，該地區(qū)地表反照率年變化曲折，波動(dòng)大，月均值在12 月達(dá)到最大，為0.366，最小在8月，為0.297，年均值為0.326。在季節(jié)變化上，該地區(qū)地表反照率表現(xiàn)為冬季>秋季>春季>夏季，這主要是因?yàn)槎居薪笛┨鞖猓孛娣e雪，導(dǎo)致地表反照率驟增，而夏季太陽(yáng)高度角大，加之有一定降水，土壤濕度較大，使得地表反照率小。四季均呈現(xiàn)出早晚大、中午小的不規(guī)則“U”型變化特征。此外，太陽(yáng)高度角與土壤濕度對(duì)地表反照率有明顯影響（圖6），地表反照率與兩者均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著太陽(yáng)高度角與土壤濕度的增大，地表反照率減小。

圖5 地表反照率季節(jié)平均日變化與年變化Fig.5 Seasonal mean diurnal variation and annual variation of surface albedo

圖6 不同影響因子與地表反照率的關(guān)系Fig.6 Relationship between different influencing factors and surface albedo

2.3 能量通量變化特征

2.3.1 四季能量通量變化根據(jù)塔克拉瑪干沙漠南緣能量通量四季變化（圖7）可知，沙漠南緣能量消耗以感熱為主，感熱、土壤熱通量、凈輻射四季變化特征明顯，均表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，潛熱變化平穩(wěn)，以0 W·m-2為中心上下波動(dòng)，這一特征與塔克拉瑪干沙漠腹地一致。凈輻射夜間變化不明顯，均為負(fù)值，白天日出后隨太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，并在正午達(dá)到最大，變化顯著；感熱變化趨勢(shì)與向下短波輻射一致，四季日峰值分別為200.1 W·m-2、158.1 W·m-2、139.7 W·m-2與89.2 W·m-2；土壤熱通量四季日峰值分別為168.9 W·m-2、122.1 W·m-2、120.4 W·m-2與91.4 W·m-2。一年中夏季太陽(yáng)高度角達(dá)到最大，地面獲得的太陽(yáng)輻射能量理應(yīng)越多，但是由于受該地區(qū)夏季沙塵天氣的影響，導(dǎo)致該地區(qū)春季凈輻射、感熱與土壤熱通量稍大于夏季，而冬季太陽(yáng)輻射弱，地表溫度大幅下降，使得三者冬季均小于其他季節(jié)。夏季白天潛熱有別于其他季節(jié)，變化較明顯，這與沙漠南緣夏季降水有關(guān)。由民豐縣氣象局提供的氣象資料可知，該地區(qū)2022 年降水量（21.2 mm）在夏季最大，導(dǎo)致該地區(qū)夏季近地面水汽含量增加，蒸騰作用加強(qiáng)，潛熱增加，能量分配發(fā)生改變，但能量消耗依然以感熱為主。

圖7 四季能量通量平均日變化Fig.7 Mean diurnal variation of energy fluxes in four seasons

2.3.2 四季能量閉合狀況能量不閉合幾乎是所有地表通量觀測(cè)中存在的問(wèn)題，判斷一個(gè)區(qū)域的能量閉合狀況一般都是通過(guò)對(duì)有效能量與湍流通量進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，回歸直線(xiàn)斜率直接代表能量閉合程度。由線(xiàn)性回歸結(jié)果可知（圖8），塔克拉瑪干沙漠南緣四季能量閉合在顯著性水平為0.05%的條件下，線(xiàn)性回歸斜率分別對(duì)應(yīng)為0.76、0.82、0.53 與0.48，決定系數(shù)（R2）分別為0.9、0.88、0.91 與0.57，即相應(yīng)的四季能量閉合率分別為76%、82%、53%與48%，表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季，與塔克拉瑪干沙漠腹地一致［28］，能量不閉合率整體介于18%～59%之間，除秋、冬季外，春、夏季與大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)的能量不閉合率10%～30%相近。

2.4 有效能量變化

研究塔克拉瑪干沙漠下墊面有效能量，對(duì)中國(guó)西北地區(qū)的氣候變化具有重要意義。因?yàn)橥牧鬟^(guò)程與輻射過(guò)程決定沙漠地區(qū)大氣的加熱作用，即定義凈輻射與土壤熱通量相減為有效能量，當(dāng)有效能量>0 時(shí)，地面向大氣輸送熱能，地面對(duì)大氣而言為熱源；反之，當(dāng)有效能量<0時(shí)，地面對(duì)大氣而言為冷源［29］。由塔克拉瑪干沙漠南緣有效能量季節(jié)平均日變化規(guī)律可知（圖9），該地區(qū)有效能量四季變化明顯，表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，與塔克拉瑪干沙漠腹地一致，其日峰值分別為218.5 W·m-2、213.9 W·m-2、134.8 W·m-2、96.2 W·m-2，春、夏、秋季日峰值出現(xiàn)時(shí)間均在12:00，冬季則在13:00。此外，各季節(jié)白天有效能量均為正值，地面為強(qiáng)熱源，變化顯著，夜間則相反。早上日出后，塔克拉瑪干沙漠南緣有效能量隨著太陽(yáng)高度角逐漸增強(qiáng)，熱源強(qiáng)度在12:00 達(dá)到最大，最大日峰值（218.5 W·m-2）在春季，小于塔克拉瑪干沙漠腹地（274 W·m-2）；而在傍晚日落以后，太陽(yáng)輻射變小甚至消失，有效能量逐漸減弱，變?yōu)樨?fù)值，這時(shí)地面就變?yōu)槿醯睦湓础?/p>

3 討論

逆溫、逆濕是干旱、半干旱區(qū)近地層特有的一種現(xiàn)象，塔克拉瑪干沙漠南緣四季夜間均出現(xiàn)逆溫，這與大多干旱區(qū)是一致的，逆溫對(duì)抑制沙塵暴具有積極影響，但逆溫阻礙了空氣的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)，妨礙了煙塵、污染物、水汽凝結(jié)物的擴(kuò)散，很有可能會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)的大氣污染。該地區(qū)逆濕具有特殊性，主要發(fā)生在秋、冬季的夜間，而塔克拉瑪干沙漠南緣綠洲內(nèi)部逆濕發(fā)生在白天［30］，前者很可能是因?yàn)榍?、冬季該地區(qū)氣溫偏低，但夜間上層氣溫較下層高，導(dǎo)致空氣濕度大于近地面，而后者主要是“綠洲冷島效應(yīng)”所致，但沙漠腹地［14］、沙漠北緣［31］、沙漠南緣、巴丹吉林沙漠［27］及鼎新戈壁［32］等不同地區(qū)的逆濕是因地理位置、海拔及觀測(cè)高度不同，使得不同地區(qū)逆濕出現(xiàn)的拐點(diǎn)與高度存在差異。

太陽(yáng)輻射是維持地表溫度、地球上大氣運(yùn)動(dòng)和能量平衡等的主要?jiǎng)恿?，是人?lèi)生產(chǎn)和生活的主要能源。與其他地區(qū)一樣［33-34］，沙漠南緣向下短波輻射一年中的極大瞬時(shí)值（1374 W·m-2）超出了太陽(yáng)常數(shù)（1367 W·m-2）。與其他地區(qū)相比，沙漠南緣向下短波輻射季節(jié)變化與羌塘高原申扎濕地［35］均有春季大于夏季的特點(diǎn)，前者是沙塵天氣所致，后者則是受降水天氣影響。除了天氣影響外，向下短波輻射還受到太陽(yáng)高度角、海拔、緯度及地形等因素的影響。如表3 中，沙漠南緣向下短波輻射日峰值除了夏季以外，其他季節(jié)該地區(qū)向下短波輻射日峰值均大于沙漠腹地［36］和鼎新戈壁［32］，但在春、夏、冬季小于青藏高原改則和獅泉河地區(qū)［37］。導(dǎo)致這一差異的主要原因是由于塔克拉瑪干沙漠南緣夏季沙塵天氣頻發(fā)，阻礙地表吸收太陽(yáng)輻射，使得該地區(qū)夏季向下短波輻射小于塔克拉瑪干沙漠腹地和鼎新戈壁，青藏高原2個(gè)地區(qū)（改則、獅泉河）向下短波輻射春、夏、冬三季日峰值大于塔克拉瑪干沙漠南緣則主要與海拔有關(guān)。

表3 不同地區(qū)向下短波輻射日峰值Tab.3 Daily peaks of downward shortwave radiation in four seasons in different areas /W·m-2

另外，近年來(lái)西北氣候暖濕化逐漸加劇［38］，在這一氣候背景下，該地區(qū)的溫度、相對(duì)濕度較多年前可能明顯上升，其增溫增濕的特性也有可能使向下短波輻射、感熱及潛熱增多，而地表反照率受到該趨勢(shì)影響較多年前很有可能波動(dòng)越大。但該趨勢(shì)具有明顯的波動(dòng)性及不確定性［39］，即使在變暖變濕趨勢(shì)中也會(huì)有許多極端天氣的發(fā)生，所以該趨勢(shì)對(duì)塔克拉瑪干沙漠南緣各氣象要素的影響持續(xù)時(shí)間多久或在什么范圍也還很難下定論，未來(lái)研究中會(huì)在這方面投入。

4 結(jié)論

（1）塔克拉瑪干沙漠南緣各季節(jié)風(fēng)速、溫度、比濕均隨著高度上升發(fā)生明顯變化，其中在溫度和比濕廓線(xiàn)中出現(xiàn)了逆溫和逆濕現(xiàn)象，逆溫層和逆濕層高度均達(dá)到了30 m，最大平均風(fēng)速發(fā)生在春季，為6.23 m·s-1，最大平均溫度和比濕均在夏季，分別為28.93 ℃與6.36 g·kg-1。

（2）塔克拉瑪干沙漠南緣四季地表輻射平衡以正值為主，除向下長(zhǎng)波輻射輻射變化平穩(wěn)外，其余各輻射分量均呈單峰型，但各分量四季均值、峰值大小及出現(xiàn)時(shí)間存在差異；地表反照率月均最大值在12 月，為0.366，最小在8 月，為0.297，年均值為0.326，其中太陽(yáng)高度角和土壤濕度對(duì)地表反照率有明顯影響。

（3）塔克拉瑪干沙漠南緣能量消耗以感熱為主，感熱、土壤熱通量、凈輻射四季變化明顯，均表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季，潛熱以0 W·m-2為中心上下波動(dòng)，變化平穩(wěn)；能量閉合率分別為76%、82%、53%與48%，表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季；有效能量四季變化明顯，白天為正值，地面為熱源，地面向大氣輸送熱量，夜間則相反，表現(xiàn)為春季>夏季>秋季>冬季。