土地利用类型转换对地表能量平衡和气候的影响——基于SiB2模型的模拟结果

利用SiB2 模型对中国东北地区农田、草地和森林3 种土地利用类型的地表能量平衡过程展开研究,分析不同土地利用类型对生物地球物理参数（反照率和粗糙度）、能量平衡（净辐射、潜热和显热）和气候（冠层温度）的影响。结果表明：①模型模拟的地表能量平衡与实测数据的年变化动态相似（R²>0.42）,差值保持在±30 W/m²,温度在±4 ℃。②利用相同气象数据模拟不同土地利用类型通过生物地球物理过程对地表能量平衡和气候的影响,发现森林吸收的净辐射最高且主要用于潜热分配,农田的净辐射最低且主要用于显热分配,草地净辐射和能量分配居中。③生态系统获得的净辐射主要受反照率的影响,净辐射分配受叶面积指数的调节。④冠层温度（℃）受反照率和净辐射在潜热和显热间分配的相对重要性的影响：年平均值为森林（7.7）>农田（7.64）>草地（6.67）。⑤降水对模拟结果有显著影响,是森林模拟差异的主要原因。在不同土地利用类型中,降水增加土壤水分,净辐射更多分配到潜热,较少分配到显热,降低冠层温度。     

青藏高原腹地多年冻土区地表反照率的季节变化及主要影响因子

准确获取青藏高原地表反照率的季节变化特征对高原地表能水循环研究具有重要意义。本文利用青藏高原多年冻土区西大滩和唐古拉2007年的气象及辐射数据,运用相关分析方法研究了太阳高度角、积雪及活动层冻融过程对地表反照率变化的影响。结果显示:冷暖季降雪过程中地表反照率的变化差异较明显;地表无积雪覆盖期间,地表反照率与气温和表层土壤含水量呈反相关关系。利用多元回归分析法构建了以积雪日数和气温为影响因子的月均地表反照率计算回归方程,经检验与观测值对比平均相对误差为7.1%,可用于青藏高原北部地表反照率的估算。     

塔克拉玛干沙漠塔中与巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射特征对比

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中和巴丹吉林沙漠北缘拐子湖两个陆气通量监测站2013年2月-2014年1月地面辐射观测数据及相应气象资料,对比分析塔中和拐子湖两地的太阳辐射通量和地表反照率差异特征,同时也探究了两地太阳辐射通量和地表反照率与太阳高度角之间的关系。结果表明：（1）塔中和拐子湖两地各辐射通量均呈较为同步的季节变化特征;具有太阳辐射优势的塔中地区因沙尘天气的影响在部分月份地表总辐射小于拐子湖地区;拐子湖由于地表沙粒相对较粗且包含大量透明度较高的石英颗粒,地表反照率和反射辐射均大于塔中地区;两地各辐射通量月平均日变化均呈现出标准倒"U"型结构;（2）拐子湖较粗的地表沙粒导致沙尘天气过后不易形成浮尘,沙尘天气过后各辐射通量恢复至发生之前的状态较塔中地区迅速;（3）两地太阳高度角夏季最大,冬季最小,最大值均可达75°左右,最小值塔中和拐子湖地区分别为45°和40°;各辐射通量随着太阳高度角的升高而增加,地表反照率随之减小,但受多种因素影响各辐射通量最大值并未出现在太阳高度角最大的时候。     

敦煌戈壁冬夏季地表辐射与能量平衡特征对比研究

利用敦煌戈壁夏（2006年7月）、冬（2007年1月1—10日）季观测得到的微气象资料,比较了夏、冬季敦煌戈壁的地表辐射平衡、能量平衡特征。分析了地表反照率（Albedo）与土壤特性的关系,发现地表反照率和表层土壤温度日变化呈反相关;冬季地表反照率和土壤湿度的线性相关差,夏季地表反照率和土壤湿度的线性相关性好;地表反照率和土壤热通量呈反相关,并且冬季二者的拟合性好于夏季。分析了降水前后各能量通量的变化,发现阵雨时感热H是变小的,降雨过后H和净辐射Rn有明显的增大,土壤热通量Gn在降雨过后也有增大,潜热LE变化微弱,对阵性降水强迫后的非平衡态的张弛时间大约为3 d。     

黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析

利用黄土高原半干旱区“定西陆面过程综合观测试验站”2004年11月至2005年10月的各种陆面物理量综合资料,比较系统地研究了黄土高原半干旱区土壤温度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和能量平衡分量的年变化和日变化特征及其影响机制。结果显示,黄土高原陆面过程特征与其他地区有很大不同。土壤温度变化向下传播速度约为2.5~3.5 h/10cm;地表反照率随土壤湿度的增大而减小,两者的相关系数达到了0.5338;而地表反照率随降雪量增大而增大,与降雪量的相关系数为0.6645;长波辐射年最大值出现的时间比总辐射迟1个月左右,年平均日变化中地表和大气对太阳辐射加热大约需要1个小时的响应时间; 潜热通量夏季是冬季的5倍多,感热通量有了两个比较明显的峰值,潜热通量、感热通量和土壤热通量的日峰值比净辐射滞后30 min~1 h。     

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。     

放牧对退化草地近地面辐射的影响

随着环境变化,草原地表状态也会改变,尤其是近地面能量收支过程变化更明显。为深入理解半干旱草原地表辐射能量平衡过程对放牧的响应特征,利用内蒙古正镶白旗典型退化草原2020年生长季（6—10月）的辐射通量观测资料,对比分析了禁牧、放牧草地太阳总辐射、地表反射辐射、大气长波辐射、地表长波辐射、净辐射以及地表反照率的日变化和生长季变化规律的差异。结果表明：在生长季,太阳总辐射随着时间推进逐月递减;禁牧区的地表反射辐射总体小于放牧区;各月大气长波辐射日变化幅度很小,处于130—370 W·m^-2;禁牧、放牧条件下地表长波辐射存在明显的季节变化规律,但是二者之间的差异甚微。内蒙古典型退化草原生长季近地面辐射通量有显著单峰型日变化特征。禁牧、放牧草地地表反照率都呈现“U”型日变化规律。生长季放牧草地的反照率明显高于禁牧草地。在禁牧区,辐射分量（地表反射辐射、大气长波辐射）和植被指数（归一化差异植被指数）对净辐射的影响是正向极显著的;而地表反照率和另一辐射分量（地表长波辐射）对净辐射有显著的负向作用。在放牧区,地表反射辐射和大气长波辐射对净辐射有极显著的正向作用;而地表反照率和地表长波辐射对净辐射的作用则是负向显著的。植被状况是影响内蒙古典型退化草原近地表辐射能量收支过程的首要因子。     

2001–2018年青藏高原三江源地区高寒草地的波文比（英文）

波文比用以描述从地球表面到空气中以潜热或感热发生的热传递过程,其由于土地利用和覆盖变化的生物物理效应而成为研究热点。波文比对评估生态系统气候调节功能具有一定的作用,但在大多数生态评估中常常被忽略。本文以位于气候敏感区和脆弱区的青藏高原腹地的三江源地区为研究区域,基于MODIS蒸散产品以及2001–2018年MODIS反照率计算出的陆地表面净辐射估算出波文比,并利用通量观测数据对MODIS蒸散产品进行了验证。通过多元线性回归和结构方程模型(SEM)两种方法分别分析了波文比的时空变化和影响因素。结果表明:1)MOD16蒸散数据与海北和当雄两个高寒草甸的涡度通量观测数据显著相关,相关系数分别为0.78和0.70,显著水平P值均小于0.01;2)2001–2018年期间三江源地区草地的多年平均波文比是2.52±0.77,呈从东南向西北逐渐递增的空间格局;研究时段内波文比整体呈下降趋势(Slope=–0.025, R~2=0.21, P=0.056);3)以年总降水量、年平均气温、年平均相对湿度、年平均NDVI及年均反照率为自变量的多元线性回归方程,可解释三江源全区平均波文比年际变化的51%,根据标准化回归系数,气温的影响最大,这表明气候变暖对净辐射分配为感热和潜热的比例有很大的影响;4)此外,植被变化的贡献通过结构方程模型进行定量分析,结果表明NDVI的增加将导致反照率的下降,路径系数为–0.57,反照率对波文比影响为正,路径系数为0.43,这是由于气候变化引起的NDVI变化的负面和间接影响。明显的湿润气候可以增加蒸散,以全球气候变暖为主并叠加降水增加的气候变化,将促进植被生长,地表反照率降低,会使地表净辐射增加;但同时气候变暖主导并直接促进了地表蒸散增加,导致了波文比降低,表明波文比能够综合反映区域气候和植被变化的生物地球物理效应,可在今后生态系统评估中作为气候调节功能指标之一。     

西大滩地区积雪对地表反照率及浅层地温的影响

利用西大滩2007年气象和辐射观测数据研究了积雪对地表反照率和浅层地温的影响.结果显示:相对积雪日数和气温与反照率相关性显著,反照率随相对积雪日数的增大而增大,随气温的增大而减小.冷暖季降雪对地温的变化具有阻隔作用,冷季地温和气温都在-10℃左右时,<10 cm厚的积雪对地温变化的影响不明显,地温和气温的变化趋势一致,地温的变幅不是很大;在暖季积雪厚度>10 cm而且积雪持续时间达10 d时,与气温相比积雪对地温变化的隔热绝缘作用较明显;雪深与积雪持续的时间均与地温呈反向变化.     

内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射特征

中纬度半干旱草原是全球陆地生态系统的重要类型之一,也是我国北方主要的地表类型,为深入了解我国半干旱草原区陆面对大气的辐射强迫,选取锡林浩特国家气候观象台2010年的辐射观测资料,分析了内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射平衡各分量、地表吸收辐射和有效辐射以及地表反照率的日变化和季节变化规律,并与西北典型干旱区作了对比分析。结果表明：半干旱草原区太阳总辐射季节变化特征非常明显,季节平均日积分值由大到小依次为夏季、春季、秋季、冬季,年总量为6 036.64 MJ/m²,与黑河地区绿洲接近,明显小于戈壁和沙漠下垫面的值;半干旱草原地表反射辐射年变化趋势较为复杂,在4～10月由于下垫面植被和土壤类型、湿度等的差异,半干旱草原地表反射辐射月平均值低于黑河地区草地和荒漠的值,但高于农田的值;地表吸收辐射季节变化规律与总辐射保持一致;大气长波辐射年总量为8 155.23 MJ/m²,低于黑河地区草地、荒漠和农田下垫面的值,主要是由于半干旱草原区地理纬度较高,全年平均气温较低造成的;在植被覆盖较好的6～9月,半干旱草原区地表长波辐射月总量为4 532.14 MJ/m²,低于黑河流域的荒漠区,而高于草地和农田的值;半干旱草原区地表有效辐射年总量为2 398.75 MJ/m²,小于黑河地区沙漠和戈壁下垫面而大于绿洲;半干旱草原区地表反照率年均值为0.35,均大于西北干旱区不同下垫面,主要由于半干旱草原区冬春季地表积雪覆盖时间明显长于干旱区,可见,地表积雪对反照率的影响非常大。     

沙尘源区LST/Albedo时序变化与TSP的对比分析——以2001年春季中国北方强沙尘过程为例

20 0 1年春季 ,中国北方多次受到沙尘天气的影响 ,给人们的生产、生活带来严重的威胁 ,引起了亚洲国家的广泛重视。利用卫星监测数据采集沙尘云图变化、运移路径、地表覆盖和沙尘过程中的地面反照率、温度、湿度、粗糙度等物理参数反演实验结果 ,可以弥补地面观测站点稀少、数据不连续的缺陷。本文以 2 0 0 1年 3月到 5月的几次沙尘天气为例 ,介绍基于地表覆盖的AVHRR的LST/Albedo反演结果与TSP (沙尘干量 )对比分析 ,发现它们具有较好的相关性。从而反映了沙尘暴发生前后地表能量的变化状况 ,能为预测预警沙尘天气的危害提供及时客观的空间信息。     

锡林郭勒草原地表反照率对气候变化的响应

在对锡林郭勒草原地区MODIS的地表反照率产品(MCD43C3)的可靠性进行评估的基础上,利用该产品分析了2002～2009年锡林郭勒草原地表反照率的变化及其与温度和降水的关系。结果表明:(1)MODIS的反演结果能够很好地反映地表反照率的季节变化和年际变化特征;(2)锡林郭勒草原可见光波段反照率的季节变化呈V字形,低谷出现在8月上旬,近红外波段的则呈U字形,低值时段为6～9月;(3)可见光和近红外波段反照率的年际变化特征基本一致,其与温度和降水的年际波动有显著相关关系,其中,温度与地表反照率仅在生长季初期和末期显著相关,分别是负相关(相关系数为-0.67)和正相关(0.63),降水量与地表反照率在整个生长季都显著负相关(-0.54～-0.76),并且其影响效果有2～3个月的滞后期。     

WRF模拟的1980-2000年中国东北农业开发对气候的影响

利用WRF模式,基于中国东北1980年代前期和2000年的土地利用/覆盖数据,分别进行了1980-2000年的气候变化模拟试验。通过两个试验结果的对比,分析了1980-2000年中国东北农业开发对气候的影响。在冬季和春季,农业开发使地表反照率增强,地表吸收的短波辐射减少,地表感热通量相应减少,地表气温降低;在夏季和秋季,农业开发削弱了地表反照率,地表吸收的短波辐射增加,同时地表潜热通量大幅增加,且增幅大于地表吸收的短波辐射的增幅,地表感热通量则相应减少,地表气温降低。农业开发的致冷幅度大多为0.1°C~1.0°C,与同期大尺度气候变化导致的当地背景温度变幅基本相当。农业开发引起的夏季降水变化因气候年景而异,“南旱北涝”年景下,呼伦贝尔—黑龙江省中部以及吉林省中部少雨,黑、吉、蒙三省（自治区）交界处降水增加,辽、蒙交界处以及辽东湾北部降水减少;“南涝北旱”年景下,呼伦贝尔—黑龙江省中部以及吉林省中部多雨,黑、吉、蒙三省（自治区）交界处降水减少,辽、蒙交界处以及辽东湾北部降水减少。农业开发的面积极其有限,因而由其导致的温度和降水显著变化主要出现在农业开发当地,尚不足以显著影响区域平均温度和降水变化。     

青藏高原西部地面反射率的日变化以及与若干气象因子的关系

根据1997年10月至1998年11月青藏高原西部改则和狮泉河两个自动气象站连续观测的大气、辐射和土壤资料,在分析高原西部地面反射率冬、夏季日变化特征的基础上,重点研究了地面反射率与土壤和大气若干重要因子(如土壤湿度、土壤温度、空气相对湿度、空气温度)的关系。研究结果有助于改进气候模式和卫星遥感中高原地面反射率的参数化方案。     

中国东北地区地表水资源与气候变化关系的研究

利用NCEP/NCAR 1948~2000年共53年的月平均再分析资料,统计分析了东北地区不同区域和季节气温和(或)降水变化对蒸发量、地表径流量以及浅层和深层土壤含水量的影响。结果表明,东北地区地表水资源各分量与气温和降水之间有着较好的相关关系。还建立了气温和(或)降水变化对水资源各分量影响的简单统计评估模型,利用这些模型研究了东北地区地表水资源各分量对气温和(或)降水变化的响应情况,得出东北地区较小的"气候扰动"可能会导致径流量等地表水资源较大的变化和其它一些有意义的结果。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季积雪下垫面地表反照率及土壤温湿度变化特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站西站10 m梯度探测系统气象和辐射观测数据,分析了塔中积雪下垫面地表反照率、土壤温度、土壤湿度的变化特征及其相互关系。结果表明：塔中积雪覆盖期间地表反照率0.18~0.97,日均值为0.60;有积雪覆盖的地表反照率日变化更偏向反"J"型,呈现出上午大于傍晚的形态,平均早晚较差为0.13;积雪使0~40 cm深度土壤温度下降,积雪消融后土壤湿度增大使各层土壤温度趋于接近,并使0、10、20 cm深度的土壤温度日变幅呈减小趋势,减小幅度分别为41%、39%、39%;积雪地表反照率与地表温度表现出负相关关系,反照率越高地表温度越低,二者相关系数为-0.71;积雪地表反照率与5 cm深度土壤湿度负相关,高地表反照率对应低土壤湿度,低地表反照率对应高土壤湿度,二者相关系数为-0.74。     

中国西北气候干湿变化研究进展

西北地区对全球气候变化十分敏感,研究分析该地区干湿变化特征,对区域发展至关重要。本文从气象（降水、温度、蒸发）、水文（地表水、土壤湿度、陆地水储量）和植被等角度综述了近50年西北地区干湿变化特征。结果表明：西北整体气温升高,降水增加,呈暖湿化。但考虑陆面因素作用的分析表明该地区呈现东西部分化的格局。考虑蒸发因素的结果显示西部趋向暖湿化,而东部趋向暖干化。地表水资源和土壤湿度也显示西部增加、东部减少的态势。同时,西北西部植被状况正在明显改善。但陆地水储量显示,西北地区整体水资源仍十分匮乏,且处于不断减少的趋势。未来,西北地区气温仍将持续升高,降水、径流和土壤湿度也将会增加,整体向暖湿化转变。     

青藏高原地表土壤水变化、影响因子及未来预估

土壤水分是地表和大气连接的纽带,在水文循环中扮演着重要角色。青藏高原作为“第三极”和“亚洲水塔”,其土壤水分对周边地区的气候如亚洲季风的形成和维持产生重要影响,也深刻影响着亚洲水资源的可利用量。基于分布在青藏高原3个气候区的100个站点的实测土壤水数据,对ECV、ERA、MERRA、Noah数据集进行评价,选择对土壤水分评估效果最好的数据集,分析各种气象要素对土壤水分时空格局的影响,并预估未来100年内青藏高原土壤水变化,探讨可能气候成因。结果表明：① Noah数据集对青藏高原历史时期土壤水分评估效果最好,相对其他地区,各数据集对那曲地区土壤水分评估效果最优;② 在各种气象因子中,降水是影响大部分地区土壤水分时空变化的最主要因子,但在喜马拉雅山脉地带,尤其山脉北坡,温度和太阳辐射有较高的影响;③ 1948-1970年土壤水分有明显的下降趋势,1970-1990年土壤水分呈波动变化,无明显趋势,1990-2005年土壤水分有一定的上升趋势,2005年后至今土壤水分有明显快速下降趋势：④ 不同未来情景,土壤水分有下降趋势,其中在CRP 8.5情景下,土壤水分下降最为明显,在2080年之后有更加显著的下降趋势;⑤ 未来降水和温度均呈上升趋势,其中干旱指数变化在RCP 8.5情景下呈下降趋势,在RCP 2.6和RCP 4.5情景下无明显变化,干旱指数在一定程度上能解释未来土壤水分的变化格局。