2000~2016年青藏高原地表反照率时空分布及动态变化

应用MODIS地表反照率产品MCD43C3,结合青藏高原自然带数据、积雪覆盖率和植被指数数据,采用一元线性回归方法分析了2000~2016年青藏高原地表反照率的分布及变化特征,结果表明:1）高原地表反照率空间分布差异大,整体上东南部低、西北部高,受地形和地表覆盖影响较大。2）高原地表反照率四季的空间分布变化明显,高海拔山脉和高寒灌丛草甸是高原地表反照率年内和年际变化的敏感地区。3）高原地表反照率年变化介于0.19~0.26,一定程度上表现为“双峰单谷”型,与地表覆盖类型的季节变化密切相关。4）高原地表反照率年际变化整体呈缓慢波动减小的趋势,平均变率约为－0.4×10-3 a-1,减小的区域约占高原总面积的66%,川西 —藏东针叶林带的西南部地区减小得最快,减小速率超过1.0×10-2 a-1。5）高原地表反照率减小与冰川消融和积雪减少密切相关,高原植被覆盖改善也是一个重要因素。     

玛曲高寒草甸地表辐射与能量收支的季节变化

利用中国科学院黄河源区气候与环境综合观测研究站2010年观测资料,分析了玛曲高寒草甸地表辐射与能量收支的季节特征。结果表明:玛曲高寒草甸入射太阳辐射与净辐射年累积量分别为6482.2和2577.2MJ.m-2.a-1;年平均地表反照率为0.25,生长期平均地表反照率为0.22;全年入射太阳辐射的38%转换为地表长波辐射,明显高于低海拔地区的草地;净辐射占入射太阳辐射的38%,低于全球以及低海拔地区的草地;在冻结期,感热通量占净辐射的93%,在生长期,潜热通量占净辐射的62%。     

1982—2000年中国区域地表反照率时空分布特征

利用1982—2000年NOAA-AVHRR数据资料,研究了中国区域地表反照率的空间分布及其随时间的变化规律。结果表明,中国区域年均地表反照率在空间分布上有很大的差异,胡焕庸线以西地区地表反照率明显大于以东地区;年平均地表反照率呈现缓慢下降趋势,但是不同地区的变化趋势有所不同,年均地表反照率显著降低的区域主要集中在华北平原,显著增加的区域主要集中在长白山和大兴安岭北部;不同季节地表反照率存在很大的差异,冬季最大,春、夏季次之,秋季最小,且冬季平均地表反照率波动幅度比较大;不同地表覆盖的地表反照率的年际变化也存在比较显著的差异。     

利用MODIS卫星资料反演中国地区晴空地表短波反照率及其特征分析

利用MODIS地表双向反照率产品(MOD43B1),结合地表海拔高度和地表覆盖类型资料,计算并分析了中国地区晴空反照率的时空分布,以及地表反照率与地形和地表覆盖的关系.首先,利用改则自动气象站的地基观测对MODIS地表反照率进行了对比验证.验证结果表明卫星观测可以较好地反映反照率随时间的变化,MODIS地表反照率与地表实测反照率符合较好.年平均地表反照率与海拔高度有很好的相关,反照率的高值出现在高海拔山区.冬春季节,我国高海拔山区因积雪覆盖成为反照率的高值区;夏秋季节,地表反照率主要受地表土壤湿度和植被盖度的影响,沙地和沙漠地带反照率最高.最后,计算了中国典型地表类型的反照率随时间的变化,结果表明大部分地表类型的反照率具有较大的时间变化,地表反照率在春秋季节较大,夏季反照率较小.     

MODIS反照率产品在模拟黄河源区陆面过程和降水中的应用

地表反照率是陆面过程中一个重要的物理量, 其变化直接影响地表能量的收支状况, 进而可以影响气温和降水等其它气象要素。本文利用WRF (Weather Research and Forecasting) 模式, 通过两组数值模拟试验分别探讨了地表反照率改变在黄河源区不同下垫面情况下潜热、 感热的分配关系, 详细分析了地表反照率改变对降水变化的影响机制, 最后应用EOS/MODIS地表反照率产品替代原模式低时空分辨率的地表反照率。研究结果表明: (1)当地表反照率减少(增加)时, 模拟的区域平均地表温度、感热、潜热数值相应增大(减少)。当地表反照率减少0.1时, 地表温度上升约1.0 K, 感热和潜热量增量比约为3∶1。 (2) 地表反照率改变对降水量变化影响最大的区域是黄河源区下游的草场区域, 其次是黄河源头区域, 最小的是黄河源区北部的稀疏植被区域。地表反照率通过对大气动力、 热力以及水汽条件的影响, 使得降水发生的环境改变, 主要体现在: 当地表反照率减少时, 地表气压的减少使得大气低层的辐合气流增强, 有利于上升运动的发生; 2.0 m气温的升高增强了大气近地层的热力不稳定度; 2.0 m比湿的增加表明近地层空气水汽含量增加。 (3) 与实况对比分析发现, 使用卫星遥感产品后在月尺度上能够更准确地模拟降水量的变化过程。     

MODIS反照率产品在模拟北京气温中的应用

地表反照率是制约地表能量收支平衡的基本因子,其变化会影响气温和降水等气象要素,进而影响区域乃至全球的气候。文中使用WRF模式,设计两组反照率敏感试验,探讨地表反照率参数对近地面2处气温模拟精度的影响。结果表明:(1)当北京地区地表反照率增大(减小)0.05时,气温相应降低(升高)0.1～0.5 K,气温变化从城区到郊区有一个明显的降幅,感热通量和潜热通量也相应减小(增大),且变幅主要为0～13 W/m2;(2)将控制试验和MODIS反照率敏感试验模拟结果与实况对比分析发现,两种试验的模拟结果偏低,但应用卫星反照率产品后,气温升高约0.2～0.7 K,更接近实际,即应用MODIS反照率产品替换WRF模式中原有反照率能进一步提高气温的模拟精度。     

基于SCIATRAN模型的二氧化氮DOAS 反演敏感性试验

气溶胶和地表反照率是影响星载SCIAMACHY仪器观测数据定量遥感NO2大气柱总量的2个主要因子.文中利用高光谱分辨率大气辐射传输模型SCIATRAN,在考虑分子吸收和气溶胶多次散射影响基础上,精确模拟了气溶胶、地表反照率和NO2气体浓度变化对差分处理前后卫星反射光谱的影响,并定义影响因子f,对3个模拟参数进行综合评价.结果表明:(1)通过剔除卫星反射光谱中慢变光谱变化成分,DOAS方法明显降低了气溶胶和地表反照率对卫星反射光谱的影响;(2)差分处理前,3个模拟参数的影响强弱依次为地表反照率、气溶胶和NO2浓度;而差分处理后,3个模拟参数的影响强弱依次为NO2浓度、地表反照率和气溶胶.在影响趋势上,气溶胶和地表反照率很相似,均体现为宽带效应,在440-450 nm内有水汽强吸收和多次散射复杂相互作用导致的较大峰值;NO2浓度变化对差分处理前后的光谱都呈现气体吸收结构的影响特性;(3)由于吸收和散射相互作用等因素的影响,在基于卫星观测的差分光谱中仍然残留有气溶胶和地表反照率的误差,地表反照率约占18.6%,气溶胶约占6.2%.因此,当前SCIAMACHY遥感的NO2产品在中国区域浓度偏高,需要对气溶胶和地表反照率进行二次精细化的订正.     

青藏高原三江源区退化草地生态系统的地表反照率特征

为了揭示青藏高原三江源区草地退化对生态系统地表反照率的影响,利用2006年12月至2007年11月一整年的观测数据,分析了地表反照率的季和日变化特征及其影响因子。退化草地生态系统的年均地表反照率为0.22,生长季(5～9月)的平均地表反照率为0.18,非生长季为0.25。在植物生长初期的5月,地表反照率主要受土壤水分影响,5月末至6月初出现全年最低值;植物生长旺季的7～8月,受植被的影响地表反照率相对较稳定,并略高于生长季中其它各月。地表反照率的日变化呈"U"型,阴天的地表反照率高于晴天。全年地表反照率出现的最大频率集中在0.20附近,非生长季在0.22附近,生长季在0.18附近。退化草地生态系统生长季地表反照率的变化受土壤水分和植被的的影响,而非生长季受积雪的影响较大。     

青藏高原GLASS地表反照率产品精度分析

应用2003年青藏高原3个站点的地表反照率观测结果,对比分析了GLASS(Global LAnd Surface Satellites)地表反照率1 km×1 km分辨率产品的精度,结果表明,GLASS黑空反照率、白空反照率与地表反照率地面观测结果的总体变化趋势基本一致,能够有效地反映实际地表状态的变化;局地积雪和云覆盖对GLASS地表反照率产品的精度影响较大,云覆盖导致GLASS地表反照率可能比实际地表反照率高;消除云覆盖和局地积雪的影响后,GLASS黑空反照率、白空反照率与地表反照率地面观测结果的均方根误差显著降低,分别为0.0155和0.0190。     

陇中黄土高原半干旱草地地表反照率的变化特征

利用2010年兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)全年的观测数据,对陇中黄土高原半干旱草地的地表反照率年变化及其在典型天气条件下的变化特征进行研究。结果表明,该地区半干旱草地的地表反照率呈冬半年高、夏半年低的特点,年平均地表反照率为0.21,高于绿洲地区,低于半干旱农田区;地表反照率的日变化明显受天气条件的影响:晴天时呈早晚高、中午低的特征,阴天时日变化很小;降雨后地表反照率先降后升,而降雪后则先升后降;沙尘天气过程中,地表反照率比晴天有所增加。晴天时地表反照率还存在明显的不对称现象,即相同太阳高度角时,上午地表反照率大于下午,这种差异与浅层土壤湿度的变化具有较好的一致性。     

Simulation of canopy radiation transfer and surface albedo in the EALCO model

A new canopy radiation transfer and surface albedo scheme is developed as part of the land surface model EALCO (Ecological Assimilation of Land and Climate Observations). The model uses a gap probability-based successive orders of scattering approach that explicitly includes the heterogeneities of stands and crown elements and the radiation multiple scattering. The model uses the optical parameters of ecosystem elements and physically represents ecosystem processes in surface albedo dynamics. Model tests using measurements from a boreal deciduous forest ecosystem show that the model well reproduced the observed diurnal and seasonal albedo dynamics under different weather and ecosystem conditions. The annual mean absolute errors between modeled and measured daily albedo and reflected radiation are 0.01 and 1.33 W m⁻², respectively. The model results provide a quantitative assessment of the impacts of plant shading and sky conditions on surface albedo observed in high-latitude ecosystems. The contribution of ground snow to surface albedo in winter was found to be less than 0.1 even though the canopy is leafless during this time. The interception of snow by the leafless canopy can increase the surface albedo by 0.1–0.15. The model results show that the spectral properties of albedo have large seasonal variations. In summer, the near infrared component is substantially larger than visible, and surface albedo is less sensitive to sky conditions. In winter, the visible band component is markedly increased and can exceed the near infrared proportion under cloudy conditions or when snow exists on the canopy. The spectral properties of albedo are also found to have large diurnal variations under the clear-sky conditions in winter.     

Impact of soil moisture and winter wheat height from the Loess Plateau in Northwest China on surface spectral albedo

The understanding of surface spectral radiation and reflected radiation characteristics of different surfaces in different climate zones aids in the interpretation of regional surface energy transfers and the development of land surface models. This study analysed surface spectral radiation variations and corresponding surface albedo characteristics at different wavelengths as well as the relationship between 5-cm soil moisture and surface albedo on typical sunny days during the winter wheat growth period. The analysis was conducted using observational Loess Plateau winter wheat data from 2015. The results show that the ratio of atmospheric downward radiation to global radiation on typical sunny days is highest for near-infrared wavelengths, followed by visible wavelengths and ultraviolet wavelengths, with values of 57.3, 38.7 and 4.0%, respectively. The ratio of reflected spectral radiation to global radiation varies based on land surface type. The visible radiation reflected by vegetated surfaces is far less than that reflected by bare ground, with surface albedos of 0.045 and 0.27, respectively. Thus, vegetated surfaces absorb more visible radiation than bare ground. The atmospheric downward spectral radiation to global radiation diurnal variation ratios vary for near-infrared wavelengths versus visible and ultraviolet wavelengths on typical sunny days. The near-infrared wavelengths ratio is higher in the morning and evening and lower at noon. The visible and ultraviolet wavelengths ratios are lower in the morning and evening and higher at noon. Visible and ultraviolet wavelength surface albedo is affected by 5-cm soil moisture, demonstrating a significant negative correlation. Excluding near-infrared wavelengths, correlations between surface albedo and 5-cm soil moisture pass the 99% confidence test at each wavelength. The correlation with 5-cm soil moisture is more significant at shorter wavelengths. However, this study obtained surface spectral radiation characteristics that were affected by land surface vegetation coverage as well as by soil physical properties.     

安徽省旱涝灾害及其对农作物产量影响

通过对建国以来安徽省多种农业气象资料分析，采用Z指数方法建立安徽省旱涝灾害气候判别指标，分析安徽省旱涝灾害发生规律。结果表明:1961—2000年安徽省有13年偏涝、13年偏旱；分区域看，淮北旱多于涝，沿淮、江淮、江南旱涝相当，沿江、大别山区涝多于旱。通过水稻（一季稻）、小麦典型旱涝年灾损率与发育期间气象条件、旱涝程度的对比统计分析，建立了分区水稻、小麦旱涝灾害损失评估模型和指标。春季涝渍灾害是影响安徽省冬小麦产量的主要灾害，其对冬小麦产量的危害程度远大于干旱，尤以4—5月发生的涝渍影响最严重，极重涝渍灾害的减产损失可达4成以上。同时重点研究了春季渍害对冬小麦产量的影响，提出改进的涝渍强度指标Qw，并进一步综合分析作物的敏感性和区域脆弱性对灾损率的影响。对1961—2000年冬小麦灾损率进行的敏感性和脆弱性订正表明，订正后拟合误差平均值和差异变率都明显降低，灾损评估精度得到提高。     

Relationships between surface albedo,soil thermal parameters and soil moisture in the semi-arid area of Tongyu,northeastern China

Continuous observation data collected over the whole year of 2004 on a cropland surtace m Tongyu, a senti-arid area of northeastern China （44°25＇N, 122°52＇E）, have been used to investigate the variations of surface albedo and soil thermal parameters, including heat capacity, thermal conductivity and thermal diffusivity, and their relationships to soil moisture. The diurnal variation of surface albedo appears as a U shape curve on sunny days. Surface albedo decreases with the increase of solar elevation angle, and it tends to be a constant when solar elevation angle is larger than 40°. So the daily average surface albedo was computed using the data when solar elevation angle is larger than 40° Mean daily surface albedo is found to decrease with the increase of soil moisture, showing an exponential dependence on soil moisture. The variations of soil heat capacity are small during Julian days 90 300. Compared with the heat capacity, soil thermal conductivity has very gentle variations during this period, but the soil thermal diffusivity has wide variations during the same period. The soil thermal conductivity is found to increase as a power function of soil moisture. The soil thermal diffusivity increases firstly and then decreases with the increase of soil moisture.     

多年冻土区与季节冻土区地表反照率对比观测研究

利用多年冻土区唐古拉气象站与季节冻土区那曲毕节气象站2008年辐射、土壤未冻水含量及积雪等数据,对两种冻土类型下垫面上的地表反照率进行分析研究,得出两站地表反照率均呈现冬春季较大,夏秋季较小的规律,并且,积雪使地表反照率形成极大值,最大极值接近0.9。唐古拉站的地表反照率整体上比毕节站大,年平均地表反照率分别为0.38和0.31。地表反照率月较差(每月日平均地表反照率最大值与最小值的差值)冬季毕节站高于唐古拉站,而夏秋季节则相反。晴天,两站地表反照率均呈现"U"形,表现出早晚大、中午小,春、夏、秋、冬各季节典型晴天的地表反照率日平均值唐古拉站分别为0.23、0.20、0.20和0.25,毕节站为0.26、0.21、0.22和0.29。此外,讨论了两站太阳高度角和土壤湿度对地表反照率的影响,得出两站地表反照率随太阳高度角的增大均呈现e指数衰减趋势,土壤湿度与地表反照率呈负相关关系,且降雨对地表反照率的变化影响较大。     

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验研究

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验于2008—2009年度在江苏省农业科技综合展示基地(宿迁点)进行,试验共设计4种播种方式和3个播种量水平,研究分析不同播种方式和播种量及气象条件对稻茬冬小麦生长发育、抗逆性和产量的影响。结果表明:播种方式和播种量对冬小麦的生长发育及产量有显著影响,在生产实际中应结合具体情况采取适当的播种方式,播种量水平以每亩20万株左右基本苗较理想。在粳稻收获较晚,冬小麦无法适期播种时,可以采取稻田套播方式,播种量要适当增加;籼稻腾茬早的,可以选择收获后7 d左右人工撒播或条播;在茬口和气候等条件适宜的情况下,尽可能采取水稻收获后2 d左右进行冬小麦播种。条播能更充分的利用光温水等气候资源。     

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验研究

稻茬冬小麦不同播种方式和播种量试验于2008—2009年度在江苏省农业科技综合展示基地(宿迁点)进行,试验共设计4种播种方式和3个播种量水平,研究分析不同播种方式和播种量及气象条件对稻茬冬小麦生长发育、抗逆性和产量的影响。结果表明:播种方式和播种量对冬小麦的生长发育及产量有显著影响,在生产实际中应结合具体情况采取适当的播种方式,播种量水平以每亩20万株左右基本苗较理想。在粳稻收获较晚,冬小麦无法适期播种时,可以采取稻田套播方式,播种量要适当增加;籼稻腾茬早的,可以选择收获后7 d左右人工撒播或条播;在茬口和气候等条件适宜的情况下,尽可能采取水稻收获后2 d左右进行冬小麦播种。条播能更充分的利用光温水等气候资源。     

江西早稻高温热害发生时间分布特征

以江西早稻为例,利用1981—2016年气象资料、早稻高温热害灾情史料和生育期资料,构建历史早稻高温热害样本集合,在Kolmogorov-Smirnov（K-S）分布拟合检验的基础上,采用信息扩散方法计算得到早稻高温热害总样本和不同持续日数（3~5 d,6~8 d和8 d以上）不同等级（轻度、中度、重度）热害在早稻抽穗期前后的发生概率。结果表明:早稻高温热害起始于抽穗前6 d至抽穗后20 d,抽穗扬花期发生概率最高,随着早稻进入乳熟期高温热害发生概率逐渐降低。早稻抽穗扬花期持续3~5 d早稻高温热害以轻度、中度为主,5 d以上中度、重度高温热害发生概率为98.77%;随着早稻进入乳熟期,高温热害以中度和轻度为主,重度高温热害概率显著降低。早稻轻度高温热害的主要致灾时段为抽穗至灌浆中期,中度高温热害的主要致灾时段为抽穗至灌浆中前期,而重度高温热害的主要致灾时段为孕穗期至灌浆初期。     

科尔沁草甸草地生长季能量平衡特征

草地生态系统具有植被多样性和较大的气候变异性,研究草地的能量平衡特征对认识草地的生态效应具有重要意义。利用开路涡度相关系统和常规气象观测系统的观测结果,运用最小二乘法、线性回归等方法对科尔沁草甸草地2010年生长季能量平衡特征进行了分析。结果表明：科尔沁草甸草地生长季能量闭合比率为80.4%,说明该地存在不闭合现象,且闭合度居于同类观测的中上水平,涡度相关观测数据较为可靠。反射率日变化呈先降后升趋势,中午达到最低值,生长季（5-9月）内在0.040-0.120之间波动,整体也呈先降后升趋势,平均值为0.061。净辐射与太阳辐射的比值为0.386,二者呈线性正相关关系。潜热通量是科尔沁草甸草地最主要的能量支出项,其次是感热通量。各分量日变化与净辐射基本相同,呈单峰型变化,日出后开始增加,中午达到最大值,之后开始减小,峰值及其出现的时间稍有不同。两种典型天气下,各分量占净辐射比例次序与生长季平均情况相同。晴天时各分量与净辐射相同,呈单峰型,而阴天时变化规律均不明显。     

新疆昌吉绿洲地表辐射收支特征

利用新疆昌吉佃坝绿洲区陆气相互作用观测站2020年3—11月的地表辐射观测数据和同期的天气现象观测记录数据,定量分析昌吉绿洲区不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征。结果表明：（1）辐射分量日均值和日峰值时间有季节性差异,特殊天气现象对辐射通量有影响。(2) 地表辐射月曝辐量随季节变化显著。(3) 地表反照率月平均日变化季节性明显,晴天时地表反照率呈平滑的“U形”曲线,非晴天时曲线变化皆不规则、不平滑。(4)不同天气下辐射分量有独特日变化特征,轻雾、雨天、大风、扬沙、多云天等典型天气会给辐射分量带来不同程度的衰减,雨天、大风和多云天气衰减最为明显。