天山北坡低山丘陵干草原生长季蒸散特征

基于HL20波文比系统获得了天山北坡低山丘陵干草原2013-2015年的能量、气象观测数据,采用波文比-能量平衡法对其生长季（4～10月）蒸散特征进行了分析。结果表明：（1）生长季蒸散日内变化总体呈现中午最高、早晚变小和夜间蒸散微弱的特征,阴雨天蒸散日内变化相对复杂,蒸散强度通常弱于晴天;2013-2015年生长季蒸散量平均值为353.2 mm,生长季蒸散量在不同年份、不同季节和不同月份差异较大;2013-2015年生长季凝结水占降水量的比例分别为9.7%,18.8%和16.8%,日均凝结水量分别为0.177 mm,0.179 mm和0.316 mm。（2）生长季潜热和感热占据了净辐射能的主体且总体上潜热小于感热,白天潜热最大值出现之前,潜热会出现短暂小幅降低的情况。生长季感热和潜热逐日对比变化与植被长势密切相关。（3）波文比在夜间波动较大,变化复杂,白天上午波文比从负值增大到<1的正值,再到>1的正值,中午波文比为>1的正值,20：00左右波文比值开始回落。     

土地覆被变化过程中叶面积指数与降水量对地表能量平衡的贡献——基于SiB2的模拟结果

土地覆被变化过程中,叶面积指数（LAI）是地表能量平衡重要的影响因素,且与降水等多种因素存在交互作用。以2003 年中国东北地区农田、森林和草地三种覆被类型和三种LAI月变化过程为研究对象,着重分离出土地覆被变化过程中LAI对地表能量平衡的作用,认清覆被和LAI 变化对地表能量平衡的相对作用。利用SiB2 模型研究不同降水条件下土地覆被和LAI 变化对地表能量平衡的影响。结果表明：① 覆被变化对净辐射的影响最大,年均14.5W·m^-2左右。② LAI 主要改变净辐射对潜热和显热的分配,对农田和草地而言,LAI 增加明显提高（减小）潜热（显热）分配比例;对森林而言,LAI对潜热和显热分配的影响较弱。③ 降水对净辐射的分配起重要作用,降水增加,潜热增加。④ 表层土壤水分受降水和LAI 调控,与潜热有相反的变化趋势。     

厦门城市不透水面及其热环境效应的遥感分析

当前,城市空间的快速扩展使得原来以植被、水体为主的自然景观逐渐消失,取而代之的是以不透水面为主的人工建筑物,这一改变已对区域乃至全球的生态环境造成了显著的影响.本研究以海峡西岸中心城市——厦门市为研究区,以1989年、1996年和2009年的Landsat-5 TM影像为主要数据源,采用归一化差值不透水面指数(NDISI),研究了厦门市在这期间的不透水面分布的时空变化.结果发现,厦门市不透水面面积在这20年间扩展了近7倍,其增长主要占用了大面积的植被和水体.回归分析表明城市不透水面与地表温度呈明显的指数型正相关关系,而与植被、水体面积呈线性负相关关系.     

城市不同下垫面的能量平衡及温度差异模拟

城市能量平衡是研究城市热岛效应的物理基础。利用北京市教学植物园2010年的实测数据,设置不同类型下垫面(植被覆盖类型:林地、草地和不透水层覆盖类型:道路、房屋),利用局地尺度城市气象参数化方案模拟并分析了相同气象条件和净辐射通量输入下,不同类型下垫面的显热、潜热通量及蒸散降温效应的差异。结果显示:(1)不同类型下垫面的各能量支出项有明显差异,植被覆盖区域和不透水层覆盖区域的波文比年均值分别为0.28和4.60,且在植被生长季差异较大;(2)城市扩展过程中道路、房屋替换林地、草地的过程,也是显热增加而潜热减少的过程。植被层向不透水层转换的过程中,显热通量年均增加32.74W/m²,潜热通量减少38.87W/m²,储热通量增加7.95W/m²;(3)理论上,植被蒸散的年降温效应使单位面积植被覆盖区域的气温比不透水层区域可低2.63℃。     

青藏高原北部五道梁地表热量平衡方程中各分量特征

利用青藏高原北部五道梁地区实测的太阳辐射及气象资料,计算分析了高原北部地面热量平衡方程中各分量特征,定义了一个无量纲参量土壤热平衡系数k。结果显示:五道梁地区地表净辐射及地面加热场强度表现为夏季大,冬季小,地表净辐射累年平均通量为65.5 W/m2;土壤热通量自1997年来有增大的趋势;土壤热平衡系数有增大的趋势,平均值为1.17;感热及潜热是地面热平衡方程中的大项,其中感热居首位,潜热居其次;暖季感热、潜热以相反的趋势变化,Bowen比β值有下降的趋势。     

三江平原季节性积水沼泽湿地能量平衡要素研究

2005年6月1日到8月30日,在中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站沼泽综合试验场季节性积水沼泽湿地,观测了净辐射和土壤热通量;利用Penman-Monteith公式和地表能量平衡方程式计算了潜热通量和感热通量;同时用SHAW模型对以上4个能量平衡要素进行了模拟研究,并用观测值以及模型效率、标准差和平均方差检验和评价了其模拟效果。结果表明,三江平原季节性积水沼泽湿地净辐射在6月末至7月初较大;潜热通量主要受净辐射的影响,与土壤水分关系不密切;沼泽湿地地表在6月初至8月中旬以吸收能量为主,8月末以后则开始释放能量;感热通量在植物生长季的初期和末期较大,在中期则比较小。SHAW模型能较好的模拟出沼泽湿地的净辐射、潜热通量和土壤热通量;该模型虽对感热通量的模拟结果并不理想,但能较好的模拟其变化趋势。这说明SHAW模型基本适用于对季节性浅积水沼泽湿地（水深小于10cm）能量平衡各要素的模拟。     

城市地表水体时空演变及其对热环境的影响

以福州市建成区为例,基于Landsat遥感影像对水体类型进行分类,并提取出1989、1996、2006和2014年的地表水体信息,然后与不透水面、植被和地表温度信息结合,运用回归模型定量分析了1989~2014年间福州城市地表水体的时空变化及其对城市热环境的影响。结果表明：① 1989~2014年间,福州建成区各类地表水体均呈不断减少趋势,25 a间水体总面积减少了1 490.67 hm²,其中有70.0%转变成不透水面;② 1989~2014年减少的1 490.67 hm²水体对福州建成区温度上升的贡献达1.03℃,而在水体减少的具体区域,其升温效应可达3.6℃。     

西藏羊卓雍错湖面水热通量变化及其与气象因子的关联

气候变暖背景下湖泊表层水热交换及其气候归因对高寒湖泊蒸发机制和水分平衡有重要影响。本文基于2016—2017年西藏高寒湖泊羊卓雍错非封冻期涡动相关湍流观测通量数据,首次探讨了该湖水热通量小时、日、月变化特征及其与气象因子的关联。研究发现,4—12月羊卓雍错湖面潜热通量平均值显著高于感热通量;水热通量季节差异明显,夏季较高的空气温湿度组合对湖面的湖—气能量交换控制作用显著。在小时、日、月等时间尺度上,与感热通量统计相关性最高的气象因子为湖—气温差;在半小时、日平均等时间尺度上,潜热通量与风速、风速—水汽压差协同量均为较强正相关;日、月平均时间尺度上的湖面水热通量则与水面净辐射通量呈显著负相关,这归因于水面净辐射季节变化以及因湖—气温差和水—气热容量差异所导致的湖面水热通量强度变化的位相差异。本文揭示了藏南高寒湖泊水热通量变化在不同时间尺度上的主控气象因子差异,增进了对高寒湖泊在气候变化背景下能量交换和蒸发机制的认识。     

塔克拉玛干沙漠近地层湍流热通量计算方法比较研究

利用2007年8月3日至10月31日在塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站取得的大气边界层观测资料,比较了涡动相关法、波文比法和空气动力学法计算得到的湍流热通量,分析了塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量的日变化特征。结果表明：波文比法、空气动力学和涡动相关法计算得到的塔克拉玛干沙漠腹地湍流热通量日变化特征是一致的,整个观测期间,空气动力学方法和波文比法计算得出的湍流通量大于涡动相关法。它们的顺序分别为,波文比法计算得出的湍流热通量最大,空气动力学方法次之,涡动相关法最小;塔克拉玛干沙漠腹地能量平衡各分量基本上以12:00时为中心,呈对称分布。净辐射、土壤热通量、感热通量具有非常明显的日变化特征。净辐射日最高值324 W·m-2出现在当地时间11:30,最小值-85 W·m-2出现在当地时间18:30;土壤热通量在12:00左右达到日最高值143 W·m-2,而20:00时出现最小值-69 W·m-2;感热通量在13:30时左右达到最高值178 W·m-2,19:00时左右出现最小值-7 W·m-2;相对于上述3个能量平衡分量,潜热通量的日变化特征不太明显。每日12:30左右出现潜热通量的最大值43 W·m-2,06:00时出现日最低值－1 W·m-2。     

中国西北地表能量分配影响因子及特征空间法适用性北大核心CSCD

利用2009年地面实测资料,分析中国西北地区不同气候区潜热、感热及其与净辐射之比随土壤体积含水量、土壤温度及入射辐射的变化特征,并结合2000—2018年中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品讨论特征空间法在中国西北地区的适用性。结果表明:在以玛曲站为代表的高寒湿润区,入射能量始终是潜热的主导因素,用于潜热估算的斜率φ可直接取1.26,潜热估算精度依赖于净辐射的反演结果。在以兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL,榆中站)和长武站为代表的半干旱、半湿润区,当入射能量充足时,土壤水分成为潜热的主导因子,这时候使用特征空间法估算的斜率φ值与实测值相关性显著,φ的估算精度将直接影响潜热估算结果。所以,特征空间法适用于以水分为潜热主导因子的地区和时段,且要满足植被指数与地表温度呈负相关。另外需要注意的是在选择特征空间法研究区时必须保证植被指数与地表温度的散点呈规则的“三角形”。     

地理单元划分对城市热环境响应规律的影响——以北京为例

尺度效应及空间异质性决定了同一种影响因子在不同地理单元中对生态过程的作用程度存在差异。论文选择城市热环境效应这一典型城市生态过程为研究对象,针对地理单元划分对热环境效应响应规律研究较少的现状,选择土地利用分类、网格、街区、局地气候区4种地理单元,选取常用景观组分指标——归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、不透水面比例(impervious surface area, ISA)和改进的归一化差值水体指数(modified normalized difference water index, MNDWI)为热环境影响因子,探究不同地理单元中城市热环境对景观组分响应规律的差异。以POI数据重新定义的北京市城区为研究区,结果表明：① 单因子与地表温度Pearson相关性分析得出街区和网格作为划分单元,各影响因子与地表温度相关性较高;② 利用多因子回归方法更适合于地表温度空间分异的解释,植被和不透水面比例因子的组合在4 km网格单元,植被、水体组合及植被、水体、不透水面比例的因子组合在局地气候区单元对地表温度空间分异的解释力度最强。论文为北方大城市热岛影响因素选择提供依据,充实了不同尺度热环境效应响应规律的案例研究,并为城市生态环境效应选择适当研究单元提供依据。     

北京西山李子峪沟坡地的能量平衡

据1987年5—10月在北京西山李子峪沟观测所得的微气候资料,运用波文比-能量平衡法,研究了坡地的辐射状况及能量平衡的各分量变化规律。分析结果表明,与阴坡相比,阳坡总辐射强度、净辐射量均较大;在雨季(6—8月),阴阳坡蒸发散量均为3.4—4.4毫米/日;潜热通量占净辐射量比例:阳坡约62％,阴坡约67％;植被层下土壤热交换量占净辐射量比例:阳坡约16％,阴坡约12％。     

三种高寒草甸植被分布及与湍流交换通量关系的比较

对海北定位站分布的金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、藏嵩草沼泽化草甸3种高寒植被类型群落结构、感热(H)和潜热(LE)通量比较观测表明,3种植被类型年地上净初级生产力表现出矮嵩草草甸(318.600g/m2)>藏嵩草沼泽化草甸(258.341g/m2)>金露梅灌丛草甸(217.695g/m2)。植物种类组成有矮嵩草草甸(54种)>金露梅灌丛草甸(47种)>沼泽草甸(24种)。3种植被类型区近地表大气能量交换过程中,LE和H的月际变化明显,而且随植被类型的不同月际变化差异显著。3种不同植被类型在年内均表现出H LE>0,表明在青海海北高寒草甸地区,太阳辐射强烈,近地层湍流输送明显,地表为一热源。3类型高寒草甸植被的年地上净生产量基本与波文比(β)呈现正效应,与LE H呈现明显的反效应。植物种类组成基本与LE H有反效应,与β呈明显的正效应。     

华北平原典型农田水、热与CO2通量的测定

在中国科学院栾城农业生态试验站用波文比-能量平衡法与涡度相关技术对净辐射通量（Rn)，潜热通量（λE），感热通量（H），土壤热通量（G）与冠层CO2通量（Fco2)进行了长期定位研究，结果显示Rn大部分用于作物潜热的消耗，连续2年4个生长季λE/Rn都在70%以上，在作物生育盛期，夏玉米λE/Rn略高于冬小麦，H/Rn都在15%左右，G/Rn在5%-13%之间，且冬小麦G/Rn明显高于夏玉米。蒸发比值（EF）在不同的理想环境条件下，随着可供能量（Rn-G)的增加表现出先迅速下降，后缓慢下降，最后趋于稳定的趋势，并在冬小麦环境条件下得到了验证，直角双曲线模型可以模拟Fco2随光通量密度（PPFD）的响应过程。晴天冠层水分利用效率（WUE）不是在正午出现最高值，当PPFD达到1500μmolm^-2s^-1左右时，WUE却略有下降。     

沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征

运用涡度相关法开路系统对塔克拉玛干沙漠腹地人工灌溉绿地生长季地表能量交换特征以及与环境因子的关系进行测定分析。结果表明：在典型晴天条件下,无论是沙漠区还是沙漠腹地灌溉绿地,白天感热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,潜热交换仅占很小的比例,人工绿地感热通量和潜热通量的峰值为230.54 W/m²和88.5 W/m²,沙漠区为220 W/m²和17.55 W/m²,沙漠腹地人工灌溉造林后潜热交换明显增加。沙漠腹地造林后,绿地波文比日变幅和日均波文比均减小,绿地日均波文比为沙漠区的15%,人工绿地的营建促使了局地气候的改变。绿地地表能量交换受气象因子和下垫面条件的影响和制约,按相关系数的高低,环境因子对感热、潜热通量的影响依次为：Rn>△Ta>△TS>v>TS,沙漠区人工造林后地表能量交换与多个环境因子有着密切的关系。这些研究结果将加深我们对沙漠地区人工灌溉造林地近地层能量交换的认识。     

塔克拉玛干沙漠腹地秋季陆面过程特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中2014年10月的秋季涡动通量数据，分析了塔中秋季陆面过程通量变化特征。结果表明：（1）塔中秋季10月净辐射R_n、感热通量H、潜热通量LE、地表土壤热通量G₀峰值依次为273.0、141.6、5.0、105.0 W·m^-2，平均日总量依次为2.85、2.68、0.08、-0.57 MJ·m^-2，净辐射能量分配以感热能量输送为主。（2）不同典型天气下，净辐射日总量扬沙>晴天>阴天>降水；阴天、扬沙天气H随R_n不同程度削减而减少，降水天气潜热增多导致日变化特征有别于其他天气。（3）10月能量闭合率为79.0%，不同天气能量闭合率阴天>晴天>扬沙>降水，依次为86.8%、83.4%、79.4%、71.4%。（4）地表反照率晴天呈“U”型变化，阴天和扬沙天气地表反照率趋势变缓发生波动现象，降水天气波动较大，趋势先降低后回升。（5）月平均热通量日间为正值，夜间为负值。日间能量闭合率为73.9%，夜间为50.8%，存在较高的能量不闭合。     

基于遥感的三亚市不透水面及热环境效应分析

城市化进程的快慢是权衡一个地区经济增长速度和社会发展水平的重要指标,改变着城市居住热环境。不透水面的分布能够很好地展现城市化的方向及趋势。三亚作为中国亚热带海岛旅游城市,近年来大量人口的涌入导致三亚城市发生了巨大变化。为了更好地了解三亚市城市化及其对城市热环境的影响,以1998、2011、2018年的Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI/TIRS卫星遥感影像作为主要数据源,利用归一化差值不透水面指数(NDISI)对三亚市近21年来的不透水面时空变化及其对地表温度影响进行了研究。结果表明,三亚市的不透水面积在21年间净增长206.5 km~2,扩大了1.58倍左右,特别是2011年以后人口和经济的快速增加,不透水面扩张速率提高了3倍以上。统计表明,不透水面与地表温度显著正相关,不透水面增加显著引起地表温度升高,而植被和水体能够显著缓解地表温度的升高,抵消不透水面对地表温度的正效应。     

石河子垦区沙漠和绿洲下垫面生态条件下能量交换特征

 在古尔班通古特沙漠南部流动沙区及其以南100 km的滴灌棉田为绿洲下垫面的生态条件下,分析研究了能量输送的不同模式和日变化进程。在沙漠生态条件下, 大部分净辐射用于感热通量的散失,另一部分用于向地下传输,少部分则用于潜热输送;与沙漠相比,在滴灌棉田生态条件下的绿洲能量输送的基本模式为: 农田蒸散的潜热能量占绝大部分,少部分用于感热通量和土壤热通量的消耗,另一个与沙漠不同的特征是绿洲存在地表能量平衡差额。     

1990-2010年中国土地覆被变化引起反照率改变的辐射强迫

土地覆被变化通过改变地表反照率而影响地表辐射收支与能量平衡,从而对区域和全球气候产生影响。本文利用高时空分辨率遥感数据分析1990-2010 年中国土地覆被变化改变地表反照率的时空驱动机制,并计算全国50 个生态区地表反照率变化导致的年际尺度辐射强迫,揭示土地覆被变化在生态区尺度上影响气候变化的生物地球物理机制。结果表明:1990-2010 年全国土地覆被变化以耕地开垦、草地沙化、城市化等人类土地利用活动导致的土地覆被变化最为明显,全国草地与林地面积分别减少了0.60%和0.11%;建设用地和耕地面积分别增加了0.60%和0.19%。全国土地覆被变化通过改变地表反照率引起的平均辐射强迫为0.062 W/m²,表现为增温的气候效应,但在生态区尺度辐射强迫空间差异很大。京津唐城镇与农城郊农业生态区主要土地覆被变化为耕地转为建设用地,引起地表反照率降低了0.00456,产生0.863 W/m²的辐射强迫,表现为增温的气候效应;而三江平原温带湿润农业与湿地生态区主要的土地覆被变化为林草地转为耕地,引起地表反照率升高了0.00152,产生-0.184 W/m²的辐射强迫,表现为降温的气候效应。     

喜马拉雅中部柯西河流域土地覆被现状研究（英文）

位于喜马拉雅中部的柯西河流域(Koshi River Basin,简称KRB),是恒河支流也是南亚极为重要的跨境流域。流域内海拔落差巨大、生境复杂、生态系统类型完整、土地覆被类型多样且区域差异明显,是全球气候变化的敏感区之一。本研究基于Landsat TM、野外考察及植被图等多源数据,运用3S技术,编制了高精度的柯西河流域土地覆被数据,分析了流域土地覆被现状特征。研究表明:(1)2010年KRB土地覆被从流域源头至下游由雪被和水体(冰川)、裸地、稀疏植被、草地、湿地、灌丛、森林、农田、水体(河流和湖泊)、建设用地等9类组成。其中,以草地、森林、裸地和农田为主,分别占流域面积的25.83%、21.19%、19.31%和15.09%。而对气候变化敏感的冰川面积仅占5.72%。(2)KRB南、北坡土地覆被类型组成与结构迥异。北坡以草地、裸地和冰川分布为主,南坡以森林、农田和裸地为主;草地在北坡的分布面积远高于南坡,二者比例是6.67:1,而森林面积的97.13%分布在南坡,这些森林大多分布在河谷中部和南部平原地区,且与农田交错分布。(3)与环境相适应,流域主要覆被类型的垂直分布也具有明显的地带性特征。土地覆被由低到高,依次为农田、森林、灌丛和农田混合型、草地、稀疏植被、裸地和水体(冰川)的分布。研究结果为土地利用和覆被变化研究、为高山地区尤其是跨境流域的生态系统保护与管理、土地资源利用和可持续发展提供科学依据。