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黄土高原半干旱区的陆气相互作用不仅对西北干旱气候的形成以及东亚季风环流有着不可忽视的影响,同时对全球气候和大气环流的变化也可能产生比较重要的作用。本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2007年3月-2011年2月连续四年的边界层气象塔、涡度相关系统、土壤参数监测系统及地表辐射监测系统相关资料,分析研究了黄土高原半干旱区复杂下垫面的近地层微气象学、湍流特征量、湍流通量以及能量交换特征,并对一次强沙尘过程的陆气相互作用特征进行了研究。以期加深对黄土高原半干旱区陆气相互作用的认识,为进一步发展适合于该地区的可靠陆面过程参数化方案提供依据。得到的主要结论如下：(1)对微气象学特征的分析表明：SACOL常年盛行东南风,次盛行风为西北风；夏、秋季为湿季；近地层7层(1,2,4,8,12,16和32m)的风速、气压、温度及相对湿度都有明显日、季变化特征；风速、温度、相对湿度垂直廓线呈现季节性变化,风向对廓线有影响,且各要素的风廓线均有不符合近地层廓线对数律的拐点出现；通量法计算所得的空气动力学粗糙度Z0m值略大于廓线法计算值,计算所得的平均Z0m分别为0.040m,0.033m；Z0m有明显的季节变化,秋季最大,夏季略小,冬季最小；受地形起伏的影响,不同风向的Z0m值有差异,NW>SW>NE>SE;风向、稳定度对通量源区有很大影响,且不同稳定度条件下,湍流通量观测代表的地形状况不同。(2)对湍流特征量的分析表明：各季稳定度呈正态分布,近中性层结居多；湍流强度与风速和稳定状况有关,Iu>Iv>Iw;湍流风速归一化标准差与稳定度参数ζ之间基本满足1/3次律,近中性层结A=3.35,B=3.30,C=1.35；湍流平均动能e日变化明显,春>夏>秋>冬,e呈逐年增长的趋势,u、v方向湍流动能相近,大于w方向,无因次扰动动能与稳定度状况有关；动量输送系数CD日变化明显,日间值大于夜间,感热输送系数CH日变化波动大；春夏秋冬四季CD分别为8.45×10-3,8.20×10-3,8.30×10-3,7.85×10-3,CH分别为6.18×10-3,9.22×10-3,7.14×10-3,5.01×10-3,CD>CH,SACOL总体输送过程受动力因子作用大于热力因子。(3)对湍流通量特征的分析表明：动量通量、热通量和CO2通量均具有明显的日、季、年变化规律。白天波文比B>1,感热通量占主导,夜间B<1,潜热通量占主导,冬季感热通量占主导；空气动力学法与涡度相关法计算所得的通量日变化趋势一致,空气动力学法计算值总体略高于涡度相关法,但计算结果仍在可信任范围内；CO2通量值很小,SACOL总体为吸收,夜间为正,白天为负,碳吸收春>夏>秋>冬,各年度季变化幅度逐年减小。(4)对辐射通量的分析可知：除大气逆辐射Li日变化幅度较小外,各辐射分量日变化明显,日间变化较大,夜间变化不大,太阳总辐射Si、反射太阳辐射So、净辐射Rn位相一致,地表长波辐射Lo和大气逆辐射Li滞后；各辐射分量月、季均值均为正,有显著的季、年变化特征,年际变化不大,总平均值Lo>Li>Si>Rn>So,分别为370.5Wm-2,281.5Wm-2,190.OWm-2,63.4Wm-2,37.7Wm-2；地表反照率有明显的日、季、年变化特征,季均值冬>春>夏>秋,一般在8-10月达到全年最小值,整个观测期总平均值为0.21。(5)对土壤参数及土壤热通量的分析可知：土壤温度日变化主要集中在0-20cm,随着土壤深度的增加,变化幅度减小,位相滞后,白天随着土壤深度的增加,呈减小趋势,夜间反之,年变化呈单峰型,且年变化幅度随土壤深度的增加而减小；土壤体积水含量5cm处日变化最明显,20cm-80cm处日变化不大,10cm处土壤湿度最大,80cm处最小,5-40cm年变化趋势一致,基本呈“M”型,夏、秋季土壤湿度大,土壤体积含水量与降水量正相关；通过TDEC法计算所得的地表土壤热通量有明显的日、季、年变化,季均值春>夏>冬>秋,总均值为0.3Wm-2,SACOL土壤总体表现为吸收能量。(6)对能量平衡的分析可知：能量平衡各分量有明显的日、季、年变化,感热和潜热通量远大于土壤热通量,净辐射主要是以感热和潜热的形式加热大气,消耗于土壤热通量的部分不大；有残余量存在,且呈单峰型日变化；有效能量与可利用能量的相关系数为0.87,EBR为0.76,SACOL地表能量平衡不闭合。(7)对2010年3月13-15日一次强沙尘过程陆气相互作用特征的分析可知：沙尘暴过境时伴随有大风过程,风向由东南风转为北风之后又转回东南风,空气由冷湿转为暖干又转回冷湿状态,地面从受低气压控制到受高气压控制：沙尘过程中湍流动能增大,与风速正相关,以下沉气流为主,主要为沉降,动量输送下传,感热输送上传,主要沙尘源非本地；沙尘天气时动量通量值增大,而地气之间的热量交换明显减弱,感热通量和潜热通量白天小,夜间大,浮尘天气时潜热通量异常大；由于沙尘对辐射的散射、反射,沙尘天气时短波辐射总体减小,浮尘天气尤为明显；沙尘暴天气地表长波辐射值增大,而浮尘天气减小,夜间值增大；大气逆辐射变化不明显,与PM10浓度正相关；净辐射白天减小,夜间增大。