青藏高原地表温度的比较分析

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1、46以科学发展观促进科技创新(下)一=；====；================================；=====；=========；=一青藏高原地表温度的比较分析①江灏程国栋王可丽中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州，730000摘要利用青藏高原改则、甘孜、拉萨和那曲气象站的地面水银温度计观测的地面Ocm温度和地面向上、大气向下长波辐射观测资料，计算和比较分析了地面水银表温度与地表辐射温度的差异。分析表明，由于地面水银温度计接触式测温方法的局限性，使得气象台站观测场地的地面水银表温度存在较大的误差：在裸露地表，夏季白天的正偏

2、差可达4"C以上，夜间的负偏差在一2℃左右；在稠密植被地表，白天正偏差最高可达16℃以上，夜间的负偏差可达一3℃。由于偏差的不均衡性和离散性，即使对地面水银表温度做简单平均或积分平均处理，其代表性仍然很差。在对地表温度准确性要求较高的定量化研究与应用中，应避免直接采用地面水银表温度资料，即使由于资料缺乏而以其代之，也应对其采取适当的订正补偿等处理措施。随着科学研究与应用对地表温度准确性的更高要求，推广使用地表辐射测温的观测方法是必要的。关键词气候学青藏高原地表温度测量方法一、引言地表温度是定量化研究地一气相互作用过程的重要物理量。因此，地表温度

3、值的准确与否直接关系到与地一气相互作用过程有关问题的研究结果的正确性。目前测量地表温度的方法有两大类：遥感测量，接触式测量。遥感测量有卫星辐射(温度)测量、地面辐射(温度)测量等，接触式测量的常用方法有水银温度计、热电偶和热敏电阻测量等。遥感测量具有不接触被测体、不破坏被测环境、测定精确等优点，是接触式测量所不及的。根据卫星辐射测量值可以获取大范围的地表温度，但其考虑大气层影响的反演方法仍然需要以地面测量值为校准依据，因此在地面测量地表温度是必要的。地面辐射测量方法的合理性和优越性为有关专家所共识，但可能是由于历史的或经济方面的原因，用水银温度

4、计测量地表温度是长久以来气象台站普遍采用的方法，而根据地面辐射测量值获取地表温度的方法至今仍很少在常规观测中被采用，只有在某些特殊的科学试验项目中才采用此方法。随着对地一气相互作用过程研究的不断深入，对地表温度测值的准确性也相应有了更高的要求，因此对使用水银温度计测量地表温度的测量误差应该有充分的认识。鉴于此，本文利用1982年8月至1983年7月青藏高原辐射观测资料与同期气象站地面观测资料，对比分析了地面辐射测量与水银温度计测量的地表温度的差异，借此进一步强调使用正确方法测量地表温度的重要性。二、原理、方法与资料根据物质的热辐射原理，物质温度

5、与其发射的长波辐射之间存在一定的定量关系，这是由地面辐射①基金项目：中国科学院知识创新重大项目(KZCXl一SW一04)和国家自然科学基金项目(40471005)。第4分会场西部地区资源环境与区域发展47=============#=#《=========；=========================一测量值获取地表温度的物理基础。基于灰体辐射定律，地面向上长波辐射由地表热辐射和大气长波辐射在地表的反射组成：R。=￡盯T：+(1一e)·Rd(1)式中：R。为地面向上长波辐射；￡为地表比辐射率；d为stefan—boltzmann常数；L为

6、实际地表温度；R。，为大气向下长波辐射。由(1)式可以得到实际地表温度：1个一／R。一(1一￡)’R。f＼百r，)、』g一＼———石_一』恤7在(2)式的计算中，如果采用黑体假定即地表比辐射率e=1，则得到地表辐射亮度温度，它与实际地表温度相比有一定的误差。根据文献[5]的计算，在地表温度20X2左右时，比辐射率偏差0．05可导致地表辐射温度约1℃的偏差。野外常见地表的比辐射率变化大约在0．92～0。98之间，为计算简便起见，我们取其中间值0．95。那么根据(2)式计算得到的地表温度在本文中称之为地表辐射温度。使用水银温度计接触式测温方法是基于

7、以下假定条件：温度计与被测体接触良好，接触热阻为0，热量在温度计与被测体之间可以无限制流动，因而温度计与被测体具有相同的温度，温度计读数即为被测体温度。在气象站的地表温度观测中，按照地面气象观测规范，水银温度计被置于裸露、平整、耙松的土壤表面，其感温部分一半埋于地表之下，其测值受接触到的地表层部位和接触紧密程度的影响；另一半暴露于地表之上，其测值不仅受空气温度的影响，更重要的是温度计本身会成为一种特殊表面受到太阳辐射的强烈影响。由此可见，在实际工作环境下很难完全满足水银温度计测温的有关假定条件，存在测量误差是肯定的。本文所用地面向上、大气向下长

8、波辐射资料来源于由中国科学院组织实施的重点项目“1982年一1983年青藏高原野外热源观测试验”；水银温度计观测的地面0cm温度(以下称之为地面水银表