我国西北干旱半干旱区面积广阔，绿洲、戈壁和沙漠下垫面是其独具特色的地理景观，且具有典型性和代表性。处于戈壁沙漠包围之中的绿洲是干旱区重要的生态资源，是干旱区人们赖以生存的基础，也是干旱区经济发展的承载体。绿洲的维持、发展和退化对该地区居民的生活水平及生存条件都有着重要的影响。以往国际上开展的一些大型陆面过程研究，很少关注象绿洲系统这样较小尺度的生态环境系统，致使人们对绿洲系统水热循环特征及其与气候变化的关系还缺乏统一的认识。另外西北绿洲普遍处在戈壁沙漠包围之中，其能量和水分循环规律独特。因此，了解绿洲系统能量和水分循环过程，将有助于研究绿洲的维持和退化机理，进而认识绿洲系统的演化过程。 本文首先分析了不同类型(旺盛的、稳定的和退化的)绿洲、典型沙漠绿洲、绿洲及其周围戈壁沙漠的夏季小气候特征。表明不同类型绿洲的局地气候差异很大。典型沙漠绿洲内的小气候特征受土壤湿度影响，在不同的土壤湿度条件下所表现出的小气候特征不同。绿洲的动量湍流通量受风速切变控制，与绿洲中部不同，在绿洲边缘以上升运动为主。绿洲同周围沙漠戈壁相比具有调解近地层大气及地表温度、降低风速、提高大气湿度、减少风力侵蚀的重要作用，能很好的保护当地的水土资源，维护生态平衡。 论文接着分析了夏季边缘绿洲的辐射收支和能量平衡特征，分析结果显示，中午前后绿洲边缘的总辐射最大值在1000W．m2左右，净辐射>700W．m-2；在白天，仅有个别天数的感热通量超过100W．m-2,最大值仅为150W．m-2左右。对比绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面的夏季地表辐射和地表能量收支及闭合特征，表明不同下垫面太阳向下短波辐射没有明显差距，地面短波向上辐射差别较大，大气长波向下辐射变化较小，地表长波辐射差异显著。沙漠绿洲系统中沙漠地表各通量特征与戈壁的相似，但戈壁、沙漠各通量特征与绿洲的有很大差异。不同下垫面能量通量测量存在明显的不确定性。 随后利用HEIFE实验期间获取的系留气球梯度探测资料，对比分析了沙漠绿洲系统不同下垫面边界层风、温、湿场的分布规律。客观验证了西北干旱区秋季午夜后出现的低空急流和逆湿气层。利用2004年金塔试验观测的系留探空资料， 研究了绿洲边缘的冷湿舌现象及边界层特征。研究结果表明，戈壁绿洲边缘存在冷湿舌，白天从09时至18时都有冷湿舌出现，高度一般维持在O～600m之间。冷湿舌受风速、风向、太阳对地面加热强度等因素的影响很大，也与午后绿洲辐散风有密切关系。 然后利用观测资料从地表反照率、土壤温度梯度、土壤热通量、土壤导热率等方面分析了绿洲、戈壁、沙漠的土壤热状况特征。计算得到夏季典型晴天戈壁、沙漠、绿洲的日平均反照率为0．223、O．188、O．172，分析得到土壤温度梯度和地表净辐射有很好的线性关系，5cm和20cm土壤热通量呈同位相变化，计算获得戈壁、沙漠和绿洲5cm土壤导热率分别为0．193、0．317、0．374w．m1.k-1 另外论文依据架设在绿洲农田内不同高度的超声湍流观测资料，采用Martano方法，计算分析了绿洲农田内不同观测尺度下的零平面位移d和空气动力学粗糙度z0。结果显示，由于下垫面的水平不均匀性，不同的观测高度的资料所得到的零平面位移d和空气动力学粗糙度zo不同，农田内的动力学参数呈现多尺度特征。 论文最后利用MM5中尺度模式对沙漠绿洲短期气候效应和典型时段的绿洲效应进行了模拟试验。结果显示，沙漠绿洲在夏季白天是一个冷源。绿洲的存在能够改变沙漠地区原有的环流结构和湿度分布，使得在绿洲上空大气下沉，沙漠上空大气上升，从而产生了绿洲上空大气冷干，沙漠上空大气暖湿的边界层特征。绿洲边缘的沙漠形成的较大的湿气柱围绕着绿洲，能够起到保护绿洲的作用。绿洲边界层较沙漠边界层低，绿洲较低的边界层结构实际上是一个保护层，使得大气有限代表水分和热量保存在较低边界层中，对绿洲生态系统的发展起到了保护作用。绿洲地表能量通量与周围沙漠有较大差异，绿洲地区感热通量小，潜热通量大；沙漠地区感热通量大，潜热通量小。绿洲夏季白天午后低空呈现辐散气流，使得绿洲上风方的沙漠地区风速减小，绿洲下风方的沙漠地区风速增大。