青藏高原大气一植被相互作用的模拟试验 Ⅱ.植被叶面积指数和净初级生产力

利用大气-植被相互作用模式AVIM对青藏高原上30个站点进行模拟计算,给出了青藏高原上植被叶面积指数和净初级生产力的分布特征.模拟结果表明,高原上叶面积指数、净初级生产力由东南向西北减少,模拟和观测的分布相一致.分析指出,青藏高原净初级生产力的分布决定于水热条件的共同作用,降水充沛、温度适宜的青藏高原东南部净初级生产力较高,而青藏高原西北部由于降水过少或温度过低,初级生产力很低.     

青藏高原大气—植被相互作用的模拟试验Ⅱ.植被叶面积指数和净初级生产力

利用大气－植被相互作用模式AVIM对青藏高原上30个站点进行模拟计算，给出了青藏高原上植被叶面积指数和净初级生产力的分布特征。模拟结果表明，高原上叶面积指数、净初级生产力由东南向西北减少，模拟和观测的分布相一致。分析指出，青藏高原净初级生产力的分布决定于水热条件的共同作用，降水充沛、温度适宜的青藏高原东南部净初级生产力较高，而青藏高原西北部由于降水过少或温度过低，初级生产力很低。     

IAP大气-植被耦合模式的建立及其模拟

为了充分理解气候与植被之间在不同时间尺度上的反馈作用,需要把动态植被模式耦合到气候模式里.本研究通过引进动态植被模式VEGAS(VEgetation-Global Atmosphere-Soil),在中国科学院大气物理研究所9层(IAP9L)气候模式的基础上,初步建立了一个新的IAP大气一植被耦合模式IAP9L_VEGAS.对该模式积分多年的结果分析表明:IAP9L_VEGAS可以较合理地模拟出植被生态系统生产力和植被、土壤碳库的总量及其季节变化,而且该模式模拟的叶面积指数的全球分布与观测资料十分接近.与未耦合动态植被模式的IAP9L模式模拟结果的比较表明:在非洲和南美等热带雨林地区,IAP9L_VEGAS模拟的叶面积指数比IAP9L中根据经验设置的大3.5以上,更接近观测;此外,IAP9L-VEGAS模拟的降水和近地面气温均较IAP9L更加接近观测实况.     

基于CMIP5模式安徽省植被净初级生产力预估

利用耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）中5个全球气候模式3种典型浓度路径（RCPs）预估结果,基于植被净初级生产力模型,估算安徽省21世纪近期（2018—2030年)、中期（2031—2050年）和远期（2051—2099年）植被净初级生产力及其对气候变化的响应。结果表明：对不同模式在安徽省模拟能力的评估可知,气温以多模式集合模拟效果优于单个模式,MIROC-ESM-CHEM对降水的模拟能力较好。未来安徽省将持续变暖,北部变暖幅度高于南部,其中RCP8.5情景下变暖趋势更显著;全省降水量将增加,南部增加多于北部。随着气候趋于暖湿化,植被净初级生产力总体增加;与基准年相比,21世纪近期增加不明显,中后期显著增加,空间上南部增加总体高于北部。从气候变化响应来看,安徽省植被净初级生产力与降水量和平均气温均显著相关,并且对降水量的响应程度更高。     

中国土壤湿度的分布与变化 II. 耦合模式模拟结果评估

利用中国区域土壤湿度观测资料,对目前世界上较具有代表性的14个全球海-陆-气耦合模式模拟的中国区域土壤湿度进行了评估,发现尽管几乎所有的耦合模式基本都能够再现实际的土壤湿度空间分布,但模拟的土壤湿度季节循环和年际变化,却与观测相差较大。除了少数模式中降水变化与土壤湿度变化的关系不明显外,大部分模式都揭示了前期降水对后期土壤湿度变化的显著影响,在部分模式中,前期降水对土壤湿度的影响偏强。耦合模式在土壤湿度模拟上的偏差,主要来自降水模拟上的偏差。在土壤湿度的年平均和夏季平均空间分布、年际变化方面,高分辨率模式（水平格距高于1.875°×1.875°）的结果,整体上要好于中（水平格距在1.875°×1.875°与3.75°×3.75°之间）、低(水平格距小于3.75°×3.75°)分辨率的模式;而中等分辨率模式结果相对于低分辨率而言则优势不明显。     

东亚季风区夏季陆地生态系统碳循环对东亚夏季风的响应

东亚地区陆地生态系统的时空变率表现出明显的对季风气候的响应特征。使用EOF（经验正交分解）方法分析了AVIM2动态植被陆面模式离线模拟试验模拟的1953～2004年东亚季风区夏季陆地生态系统总初级生产力（GPP）、生态系统净初级生产力（NPP）、净生态系统初级生产力（NEP）、植被呼吸以及土壤呼吸的时空分布特点,探讨了东亚夏季风对陆地生态系统碳循环影响机制。研究发现,在强季风年,江淮地区高温少雨的特点限制了光合作用,造成GPP偏低;而华南地区在强季风年气候温暖湿润,利于植被生长,GPP偏高。季风对于植被呼吸和土壤呼吸影响不明显,使得GPP和植被呼吸之差NPP的变化及NPP和土壤呼吸之差NEP的变化与GPP的变化保持一致。在强季风年江淮流域地区干热的气候条件使得NPP和NEP降低;但是在华南地区温度升高的同时降水增多使得在NPP偏高的基础上NEP也偏高。     

植被覆盖度算法对中国区域WRF模拟的影响

利用MODIS NDVI资料,采用线性(GI方法)和非线性(CR方法)两种方法计算中国区域植被覆盖度,并利用WRF模式模拟了2006年7月中国区域气象场,对比分析了这两种植被覆盖度算法对WRF模式模拟结果的影响。结果表明,在半干旱区,两种方法计算的植被覆盖度差异较大,在该区域的模拟结果差异明显;而在干旱区和湿润区两种算法计算的植被覆盖度差异相对较小,模拟结果差异也相对较小。采用GI方法计算的植被覆盖度,模拟的中国区域近地面平均气温和最高气温与观测值的偏差较小,而采用CR方法计算的植被覆盖度,模拟的最低气温偏差较小,同时能更准确的模拟夏季高温天气。与GI方法相比,CR方法能更准确的模拟出降水的平均值、逐日变化和空间分布特征。不同区域两者模拟性能存在一定差异,总体上采用CR方法得到的植被覆盖度,WRF模式对温度和降水的模拟效果会有所改进。     

2000—2021年江西省植被生态质量时空分布及其与气候因子的关系

基于卫星遥感数据和气象数据,采用距平分析、趋势分析、相关性分析等方法,分析了2000—2021年江西省植被生态质量时空变化特征,及其与气温、降水、日照等气候因子的关系。结果表明：1） 自2000年以来江西省植被生态质量整体改善明显,植被净初级生产力和生态质量指数呈明显上升趋势,年平均分别增加3.92 gC/m2和0.4,尤其2011年以后植被净初级生产力和生态质量指数处于较高水平,其中2018年最佳。2） 江西省植被生态指标低值区域位于城区周边,以及由长江和江西五大河流域的泥沙沉积形成的、以鄱阳湖为中心的冲积平原,中值区域位于中南部丘陵,高值区域分布于省境边陲山脉。3） 江西省植被生态指标与年降水量、年平均气温呈显著相关关系,与日照时数相关性不显著。与气候因子的相关性呈现地域差异,南部区域受气温影响较为明显,而中部盆地和东北区域受降水量影响更为明显。     

动态植被模型对青藏高原植被的模拟检验

动态植被模型是研究植被变化对气候反馈和影响的重要模型工具。本文对耦合了动态植被（Dynamic Vegetation, DV）和碳氮（Carbon and Nitrogen, CN）模型的NCAR陆面过程模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对青藏高原（以下简称高原）植被的模拟性能进行了评估,获得了定量化的偏差信息,并对高原植被和气候变化因子的关系进行了初步探讨。结果表明：模型能大致再现叶面积指数（Leaf area index, LAI）在历史时期的季节循环、长期变化趋势和空间分布,但空间变率较遥感资料大。模拟的乔木覆盖度偏大,草地覆盖度偏小,因此严重高估了植被高原南部和东部的LAI。与遥感观测相比,模拟的LAI呈现了1～2个月的滞后,这与模式本身的植被动力机制不完善和模式的降水驱动偏差有关。高原植被变化趋势的时空分布与表层土壤水和降水等气象因子的趋势变化显示出较好的一致性,表明在该研究时段,地表水循环的变化（主要是降水和土壤水含量）对高原植被生长可能起主导作用。     

植被净第一性生产力及其对气候变化响应研究进展

较详细地综述了近些年来，特别是近10年来，国外、国内在全球和区域陆地植被净第一性生产力研究进展，主要包括：植被净第一性生产力研究理论方法；植被净第一性生产力模型和模拟估算；全球气候变化的自然植被净第一性生产力研究和植被覆盖变化及其与气候关系的研究进展；遥感作为当今唯一一种能重复，连续获取全球环境数据信息的高新技术，近年来在植被净第一性生产力研究领域的广泛应用等。同时对今后植被净第一性生产力研究特点和趋势做了讨论，并提出了看法。     

Evaluation of the New Dynamic Global Vegetation Model in CAS-ESM

In the past several decades, dynamic global vegetation models(DGVMs) have been the most widely used and appropriate tool at the global scale to investigate vegetation-climate interactions. At the Institute of Atmospheric Physics, a new version of DGVM(IAP-DGVM) has been developed and coupled to the Common Land Model(CoLM) within the framework of the Chinese Academy of Sciences' Earth System Model(CAS-ESM). This work reports the performance of IAP-DGVM through comparisons with that of the default DGVM of CoLM(CoLM-DGVM) and observations. With respect to CoLMDGVM, IAP-DGVM simulated fewer tropical trees, more "needleleaf evergreen boreal tree" and "broadleaf deciduous boreal shrub", and a better representation of grasses. These contributed to a more realistic vegetation distribution in IAP-DGVM,including spatial patterns, total areas, and compositions. Moreover, IAP-DGVM also produced more accurate carbon fluxes than CoLM-DGVM when compared with observational estimates. Gross primary productivity and net primary production in IAP-DGVM were in better agreement with observations than those of CoLM-DGVM, and the tropical pattern of fire carbon emissions in IAP-DGVM was much more consistent with the observation than that in CoLM-DGVM. The leaf area index simulated by IAP-DGVM was closer to the observation than that of CoLM-DGVM; however, both simulated values about twice as large as in the observation. This evaluation provides valuable information for the application of CAS-ESM, as well as for other model communities in terms of a comparative benchmark.     

青藏高原及其周围植被对夏季气候影响的套网格数值试验比较

利用钱永甫有地形５层原始方程模式,与颜宏等复杂地形条件下有限区域细网格模式进行单向嵌套,即初始场采用前者计算５ｄ后,得到各特征等压面上的高度场和湿度场,向后者每２４ｈ输送一次边界值。地－气模式采用经Ｄｅａｒｄｏｒｆ植被参数化修正的地面热量平衡方程进行耦合。在此基础上进行了夏季（７月）有植被和无植被两种情况的数值试验。有植被情况模拟的高度场、温度场与实测场的相关系数高于无植被的情况。试验发现,有植被比无植被情况的海平面气压场、低层高度场、潜热输送、整层大气湿度和降水量有所增加,而温度场和大陆热低压强度有所降低。     

2000-2013年新疆植被覆盖变化多尺度遥感分析

基于中等分辨率成像光谱仪(MODIS)8 d 500 m分辨率地表反射率数据生成归一化植被指数(NDVI)时间序列,利用线性回归、转折点检测和Mann-Kendall趋势分析方法,分析2000—2013年新疆地区植被覆盖时空变化格局,并结合Landsat数据分析典型区域植被变化。研究结果表明：近14 a来,新疆地区植被覆盖整体呈波动型上升的趋势,植被改善区面积占全区的34.02%,恶劣区的占3.20%,其中2000—2003年植被明显增长、2003—2009年的波动下降及2009—2013年的逐渐回升,植被增长显著的区域主要分布在准噶尔盆地南部和塔里木盆地北部绿洲;大多数植被类型NDVI呈增长趋势,其中增长率最高的是作物、开放灌丛和混交林,6种主要植被类型常绿针叶林、混交林、开放灌丛、多树草原、草原、作物呈现出相似的NDVI变化趋势;在植被覆盖变化显著的4个典型区,NDVI变化受土地覆盖类型变化的影响,荒漠、草地被开垦成农田导致NDVI增加,城市建成区扩张导致NDVI降低。     

Increased Browning of Woody Vegetation due to Continuous Seasonal Droughts in Yunnan Province,China

In this paper, based on the analysis of satellite measurements, the authors conclude that the continuous seasonal droughts intensify the browning of woody vegetation and that evergreen needleleaf forest（ENF） shows a larger browning percentage than other woody vegetation types over Yunnan Province. Based on the Tropical Rainfall Measuring Mission（TRMM） precipitation standardized anomaly, in the dry season, which is from October to March, the 2010 drought affected an area of Yunnan Province 1.77 times larger than the 2012 drought, but in the post-drought months（April to June）, the browning area of all woody vegetation in 2012 was 1.11 times larger than that in 2010 on the basis of the enhanced vegetation index（EVI） standardized anomaly. The reduction of vegetation greenness over large areas of Yunnan Province represents a photosynthetic capacity loss which will have an impact on carbon fluxes to the atmosphere.     

Preliminary Assessment of the Common Land Model Coupled with the IAP Dynamic Global Vegetation Model

The Common Land Model（CoLM） was coupled with the IAP Dynamic Global Vegetation Model（IAPDGVM）, and the performance of this combined CoLMIAP model was evaluated. Offline simulations using both the original Common Land Model（CoLM-LPJ） and CoLM-IAP were conducted. The CoLM-IAP coupled model showed a significant improvement over CoLMLPJ, as the deciduous tree distribution decreased over temperate and boreal regions, while the distribution of evergreen trees increased over the tropics. Some biases in CoLM-LPJ were preserved, including the overestimation of evergreen trees in tropical savanna, the underestimation of boreal evergreen trees, and the absence of boreal shrubs. However, most of these biases did not exist in a further coupled simulation of IAP-DGVM with the Community Land Model（CLM）, for which the parameters of IAP-DGVM were optimized. This implies that further improvement is needed to deal with the differences between CoLM and CLM in parameterizations of landbased physical and biochemical processes.     

Evaluating the Dependence of Vegetation on Climate in an Improved Dynamic Global Vegetation Model

The capability of an improved Dynamic Global Vegetation Model (DGVM) in reproducing the impact of climate on the terrestrial ecosystem is evaluated. The new model incorporates the Community Land ModelDGVM (CLM3.0-DGVM) with a submodel for temperate and boreal shrubs, as well as other revisions such as the two-leaf scheme for photosynthesis and the definition of fractional coverage of plant functional types (PFTs). Results show that the revised model may correctly reproduce the global distribution of tempera...     

1982～2006年中国东部植被覆盖度的变化

陆地植被是影响地表水热通量,乃至气候的重要因素,植被覆盖度是气候模式（陆面过程模型）中的关键参数。为更全面认识中国东部植被覆盖度变化的时空特征,以便于今后研究陆地植被变化对气候的反馈效应,利用NOAA AVHRR-NDVI数据集,采用像元二分模型法,计算了中国东部（105°E以东）1982～2006年的植被覆盖度,并对其空间分布特征与时间演变过程进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均植被覆盖度为0～84.2%,呈现南高北低、东高西低的空间分布特征,南北差异在冬季最大,夏季最小;（2）森林、灌丛、农业植被和草原的年平均植被覆盖度依次减小,分别是49.9%、44.7%、40.4%和31.1%,并且植被覆盖度的季节变幅也依植被类型而异,其中森林的季节变幅最大,达31.5%,其次是灌丛,为27.7%,草原的季节变幅最小,为15.3%;（3）1982～2006年中国东部超过74%的地区植被覆盖度呈增加趋势,其中黄淮海平原、关中地区以及东北平原增幅相对较大,前两个地区主要表现为春季和冬季增加,后一地区则主要表现为夏季和秋季增加;在植被覆盖度降低的区域中,长三角、珠三角的降低趋势最强。上述结论为进一步研究中国东部地-气相互作用提供了科学基础。     

我国干旱遥感监测技术方法研究进展

以裸露地表、部分覆盖度地表和全植被覆盖地表3种不同下垫面类型为着眼点,详尽地阐述了相应下垫面类型下不同的干旱遥感监测技术方法的适用范围和其监测的优劣。下垫面为裸露地表时,微波遥感法具有广阔的前景;部分覆盖时双层模型法较好,但模型复杂,应注重经典双层模型的简化;全覆盖时各类监测方法各有优劣。提出未来干旱遥感监测的发展方向和应用前景,对应用遥感技术进行干旱监测相关业务的开展提供有益的参考。     

不均匀地表产生的中尺度通量的数值试验

采用北京大学三维的复杂地形中尺度模式,结合陆面过程模式(SiB),模拟了草原和沙漠并存的下垫面的边界层大气运动.利用SiB模式计算了地表辐射、感热、潜热通量,并且预报地表温度.中尺度模式则模拟了沙漠地区受热抬升,形成的辐合运动,垂直速度的分布,不同高度上水平流场的变化以及中尺度动量和热量通量,把中尺度通量跟湍流通量进行了比较,以确定这种中尺度运动在GCM模式的参数化过程中的重要性.试验表明中尺度通量尤其是热量通量要比湍流通量大很多.