地气相互作用是地球科学系统研究的重要组成部分,准确刻画地气间能量和物质交换规律对于提高天气和气候预测精度乃至研究全球变化都具有极其重要的意义。近年来人类活动引起的土地利用／土地覆盖方式改变对环境气候的影响是地气相互作用研究的热点和难点问题之一。在中国西北干旱区,为了提高农业生产效率各种防风沙和节水措施被发明和推广。到目前为止两种措施,防风林和地膜覆盖技术,被广泛应用。为了抑制蒸发提高土壤水分利用效率,普遍使用地膜覆盖技术种植作物。地膜是一种白色塑料薄膜,不透水且不透气。其物理属性明显区别于土壤和植被,且人为阻断了地气之间水分交换过程,这不仅会对地表反照率产生影响,而且将影响地气之间能量和物质的交换。为了防止风沙对绿洲的破坏,绿洲中一块块农田周围种植一排排白杨树。为了最大限度防风,白杨树排尽力相间分布,从而形成了区别于稠密森林下垫面的绿洲稀疏防护林农田下垫面。绿洲稀疏防护林对风速有阻挡和减速作用,必将改变近地层地表粗糙度、风速廓线等微气象特征,从而影响大气湍流特征,进一步影响地气之间能量和物质的交换规律。人类活动对干旱区农田下垫面地表覆盖特征的改变,必将影响地气相互作用特征。研究此种典型农田下垫面地气相互作用特征,对于深入理解人类活动对地气相互作用的影响,进一步改进和发展适用于干旱区陆面过程模式,提高干旱区环境气候预测精度以及改善生态环境都具有至关重要的现实意义。本文利用“古浪非均匀近地层观测试验”(GHUSLE)中所获得的观测资料,研究人类活动对中国西北干旱区农田下垫面地气相互作用特征的影响。研究主要结论总结如下：(1)利用GHUSLE中农田站观测资料分析了地膜覆盖农田的反照率变化特征,并对其与已有反照率变化特征进行了比较,进一步发展了地膜覆盖农田的反照率参数化方案。研究结果表明：①地膜覆盖农田的反照率在作物生长初期反照率变化表现为地膜覆盖裸土特征,平均值为0.26；作物生长茂盛期反照率变化表现为植被特征,平均值为0.19。②作物动态生长过程中,地膜覆盖农田的反照率介于0.19～0.26之间,反照率与土壤湿度为正相关,这与已有反照率随土壤湿度增大而减小的参数化关系存在显著性差异。③已有反照率参数化方案在地膜覆盖农田下垫面不适用,发展的地膜覆盖农田的反照率参数化方案能够准确刻画地膜覆盖农田下垫面作物生长过程中反照率的动态变化。(2)利用GHUSLE中农田站观测资料研究了绿洲稀疏防护林农田下垫面近地层中常通量层、无量纲速度方差、风速谱特征,并分析了此种下垫面风速、温度、比湿廓线及Businger-Dyer相似性关系的适用性。研究结果表明：①稀疏防护林显著地改变了近地层气流特征,防护林将近地层气流以冠层高度分为地表粗糙度约为0.90m的上层和地表粗糙度约为0.24m的下层。②绿洲稀疏防护林农田下垫面的近地层不是常通量层；随着风速增大,近地层越接近常通量层。③防护林冠层上下无量纲速度方差与稳定度基本上都满足1/3次方关系,近中性层结下,上层u,v,w方向无量纲速度方差分别为2.49、2.28、1.24,下层分别为3.30、2.80、1.41。④防护林冠层之上,能量贡献主要以低频为主,高频处u、v、w方向风速能谱与频率均满足-1/3次方,风速谱对应的湍涡各向异性；防护林冠层之内,能量贡献主要以高频为主,高频处u,v方向风速能谱与频率满足-1/3次方,w方向满足-1/5次方,风速谱对应的湍涡各向异性。⑤稀疏防护林农田下垫面82.10%风速廓线在防护林冠层高度附近存在“拐点”即风速廓线不连续,Businger-Dyer相似性函数不能较好地描述近地层风速的垂直分布；而温度和比湿廓线连续,Businger-Dyer相似性函数能够较好地描述近地层位温、比湿的垂直分布。这些研究结论表明人类活动对中国西北干旱区农田下垫面地气相互作用存在显著影响,也造就了中国西北干旱区农田下垫面地气相互作用特征的特殊性,诸如反照率、近地层湍流通量垂直分布以及风速廓线等的特征与已有研究结果存在明显的差异。