华北平原农田水热通量与作物水分利用效率的特征与模拟

在中国科学院禹城综合试验站,采用涡度相关技术对夏玉米生长期间净辐射(Rn)、水汽通量(LE)、感热通量(Hs)和土壤热通量(G)进行了观测,并应用农田生态系统模型RZ-SHAW对水热过程和作物水分利用效率进行了模拟和分析.结果表明,夏玉米水汽通量具有明显的日变化与季节变化,Rn大部分用于玉米潜热的消耗,水汽通量与净辐射的比值(LE/Rn)随生长阶段呈上升趋势,在灌浆期达最大,约60%左右,但比用RZ-SHAW模型模拟的结果略低;RZ-SHAW模型模拟得到的夏玉米日蒸散量与实测值的变化比较符合;逐时水汽通量与相应时段内涡度相关实测值一致性指数(IA)均在0.75以上,均方差(RMSE)在1.0W·m?2以下.LE日变化呈倒“V”型,Hs呈倒“U”型并偏向午前,二者出现峰值的时间不同,Hs出现在11︰30左右,LE出现在13︰00左右,比Hs推迟一小时左右.CO2通量日变化呈不对称“V”型,峰值出现时间在11︰30左右.夏玉米4个生育期的群体水分利用效率(Fc+Rs)/LE在日出以后,随着光强的增强,水分利用效率迅速升高,至10时左右达到最大后开始下降,其最大水分利用效率为24.3g·kg?1,平均水分利用效率为10.3g·kg?1.     

北京连续降雪过程分析

该文对2002年12月份北京出现的1841年以来历史上最长的连续6天的降雪天气进行了合成分析和诊断分析。北半球合成环流形势显示，连续降雪发生在东亚稳定的纬向环流形势下，其上游地区强大经向环流和阻塞高压使中纬度东亚和西太平洋纬向环流得以维持。东亚合成环流的垂直结构表明，连续降雪期间华北地区始终处于锋区中，并存在低空辐合、高空辐散的散度场垂直分布结构。卫星水汽云图显示出有水汽通道向河套倒槽云系输送水汽。华北地区的诊断分析表明，地面和边界层中山东地区分裂高压南侧向北回流的偏南气流是造成降雪的主要水汽通道。变形场的流场结构使水汽在北京附近辐合。垂直剖面展现了华北回流降雪天气近地面层的浅薄的冷空气垫，和暖湿空气回流在冷空气垫上的爬升，并在其上形成一个浅薄的饱和层。     

拉萨地区农田能量物质交换特征

利用涡度相关法和波文比——能量平衡法,对西藏拉萨附近的小麦农田进行了能量物质交换的观测试验。结果表明:拉萨地区小麦群体的净光合作用明显高于平原地区。群体的光合作用随着净辐射的增加而线性增加,当净辐射超过700W/m~2左右时,其增加速率开始下降。农田群体的光合水分利用效率日出后不久达最大值,在整个白天呈下降趋势,日落前后到达最低点。拉萨地区的净辐射能和小麦群体的蒸散量也都明显的高于平原地区,但在下午日落前的几个小时内,净辐射及蒸散强度以拉萨地区为最小,华北平原地区为最大。     

A remote sensing model for monitoring soil evaporation based on differential thermal inertia and its validation

To develop geosciences quantification and multi-dimensional researches will be an inevitable trend in the 21st century. The interaction between the land surface and the atmosphere not only serves as an important component in geosciences quantification, bu…     

中国通量观测网络(ChinaFLUX)通量观测空间代表性初步研究

涡度相关系统的观测结果可以代表发生在特定表面或某一部分表面的物理过程.这样,由点到面的空间代表性就成为通量观测中不可忽视的问题.运用FSAM模型结合实际观测数据对中国通量网各站通量观测的空间代表性做了初步的分析研究.结果表明随着大气稳定度的增强、观测高度的升高和下垫面粗糙度的减小,通量贡献区有被拉长的趋势,且沿上风向逐渐远离观测点,这表明通量观测值所代表的下垫面平均状况的范围有所扩大.对于一个观测点而言,在观测高度和下垫面状况一定的情况下,通量贡献最大点和源权重函数最小点距观测塔的距离受大气稳定度的影响,大气越稳定,通量贡献最大点Smx和源权重函数最小点χ1距观测塔的距离(分别为Dmx和Dmin)越大.Dmax和Dmin对下垫面粗糙度和观测高度变化的响应是,随着粗糙度的增加和观测高度的减小,Dmx和Dmin均变小.本研究给出了在不同大气稳定度状况下,对各通量站通量观测值贡献90%时的通量贡献区长度,结合各站点的盛行风向以及通量贡献区对各种影响因素响应规律的分析,使我们对各通量站点通量观测的空间代表性形成了初步的认识.本研究虽然仅可做为实际应用中的参考,但其结果可为通量观测数据的质量控制,解释通量数据不确定性产生的原因提供一定的理论依据.     

基于遥感信息的水平平流通量观测影响校正模型研究

能量平衡原理是遥感反演地表通量,波文比法计算地表通量的基础.但大量的观测数据表明,多数情况下,非均匀地表的地表能量是不闭合的,一方面是由于观测仪器的误差及各参量观测尺度差异造成的,更重要的则是由地表不均质性引起的水平平流效应导致的.因此,定量的估算水平平流效应对地表能量平衡的影响具有很重要的意义.以地表可供能量差、水分状况差异、风速和垂直空气温度梯度四个参数为基础,本文提出了一个基于遥感信息的水平平流通量观测影响纠正模型,其中引入了像元尺度与风浪区长度的关系.文章通过模拟计算,分析了模型中各参数对平流估算结果的影响,同时分析了水平平流的尺度效应问题.进一步,在地表实验数据的支撑下,给出了在农田下垫面情况下模型的验证结果.结果表明模型估算的能量变化率与实测的能量变化率有较好的相关性,经过纠正后的能量闭合状况有很好的改善.     

温度对中国典型森林生态系统碳通量季节动态及其年际变异的影响

森林生态系统的碳收支及其对环境因子的响应规律一直是生态系统生态学研究的重要内容,而碳收支的年际变异规律反映了生态系统的稳定性特征。基于长白山温带针阔混交林、千烟洲亚热带人工针叶林和鼎湖山亚热带常绿阔叶林2003~2008年的通量观测数据,对比分析了3个生态系统碳通量的季节动态、季节动态的年际变异及温度对上述二者的影响规律。结果表明,长白山的总生态系统生产力(GEP)和生态系统呼吸(RE)都呈现单峰曲线的季节动态模式,最高时8天GEP总和可达85g C/m~2,8天总RE能达到66g C/m~2,二者均高于千烟洲和鼎湖山,而千烟洲和鼎湖山的GEP和RE在不同的时间起伏较大;净生态系统碳交换量(NEE)的季节动态模式3个生态系统各不相同。在碳通量的3个分量中,GEP和RE的季节动态的相对年际变异较小,而NEE的相对年际变异较大,表明GEP和RE在年际之间更稳定。3个生态系统的GEP和RE与温度之间均存在显著的指数相关关系,但NEE与温度之间的相关性较弱。在温度较高的时段,通常GEP,RE和NEE的绝对年际变异也较高,相对年际变异较低,整个生态系统表现为更加稳定;但GEP和RE的年际变异与温度的年际变异之间相关性较弱,说明除温度外,还有其他环境因子的年际变异对GEP和RE的年际变异产生重要影响。     

基于地面试验的植被覆盖率估算模型及其影响因素研究

以植被覆盖率的遥感反演为研究主线,以玉米作物为例,在基于地面试验获得作物光谱、叶面积指数和多角度覆盖率的基础上,对目前普遍采用的两种基于植被指数的植被覆盖率估算模型进行了精度比较,同时对植被覆盖率反演的影响因子(叶面积指数、植被空间分布和观测角度)进行了分析.由此得到:估算植被覆盖率的最优植被指数为归一化植被指数;叶面积指数对植被指数与植被覆盖率间关系的影响随植被的生长不断增大;植被空间分布对垂直覆盖率的估算影响很小.对于多角度覆盖率有这样的规律,即在4种空间分布下,以0°观测天顶角(VZA)为中心,在相反方位角上随VZA的增加,覆盖率值基本呈对称分布;在玉米刚出苗时,覆盖率随VZA的增加而增加,当VZA=0°时达到最小值,而随着玉米的进一步生长,4种分布条件下覆盖率随VZA的增加反而降低,在VZA=0°时达到最大值.     

叶面积指数的快速测定方法——植被定量遥感的地面标定技术

本文论述了用“底视法”测量叶面积指数的基本原理,并在中国科学院禹城综合试验站遥感试验场以“冠层分析仪”对该方法进行了试验,提出了刺柏针叶叶面积指数的新估算方法。通过计算证明,测定值和估算值具有较好的一致性。这种以“底视法”为基础的冠层分析仪可以用于植被定量遥感的快速地面定标。     

地物反射光谱对MODIS近红外波段水汽反演影响的模拟分析

在近红外辐射传输方程的基础上,利用近红外波段水汽的不同吸收属性,在MODTRAN的模拟下,深入分析了基于MODIS近红外数据的可降水汽反演算法,并着重讨论了地物反射光谱非线性在可降水汽反演中的影响。研究结果显示,当波段间反射率之比不等于1时,MODIS近红外波段反演水汽将存在较大偏差。同时,在地物光谱库基础上,计算了不同地物反射率比值,其分布表明,大部分地物波段反射率比值不等于1。研究表明,应用现有MODIS近红外波段水汽反演算法,如果不考虑地表反射率光谱变化的影响,由地表反射光谱造成的误差最大约为反射率比值与1偏差的15倍,同时,这一误差还与大气波段透过率之比有关。