非均匀陆面条件下区域蒸散量计算的遥感模型

非均匀陆面条件下的区域蒸散计算是一个复杂的问题。文中首先在利用遥感资料求取地表特征参数 (如植被覆盖度、地表反照率等 )的基础上 ,建立了裸露地表条件下的裸土蒸发和全植被覆盖条件下植被蒸腾计算模型 ,然后结合植被覆盖度 (植被的垂直投影面积与单位面积之比 )给出非均匀陆面条件下的区域蒸散计算方法。实测资料验算表明该模型具有较高的计算精度。文章最后利用该模型对中国北方地区的蒸散量进行了计算 ,并对该研究区蒸散的特点进行了分析     

基于遥感技术的两种区域蒸散估算方法的应用比较

蒸散发的估算在区域能量平衡和水分循环研究中具有重要意义.本文利用NOAA/AVHRR卫星资料、常规气象观测站和区域加密自动气象站观测资料,采用能量平衡单层模型和蒸散系数模型估算了陕西关中渭北生长季的潜热通最.结果表明,两种模型都能较好地反映出蒸散与研究区域土地利用和植被覆盖间的密切关系;造成这两种模型估算蒸散结果差异的...     

地表蒸散遥感监测的进展及问题

利用遥感技术监测土壤水分和作物蒸散具有快速、宏观、方便等特点,国内外学者围绕该领域在理论和技术方法上开展了大量研究。本文查阅大量文献,较详细地分析了地表蒸散遥感监测技术方法研究的有关进展和问题,供从事地表蒸散遥感监测的相关工作者参考。分析结果表明,在部分植被覆盖条件下,双层模型的估算精确度明显高于单层模型,但双层模型中引入较多的参数增加了其运算难度,有待进一步研究。     

地表蒸散遥感监测的进展及问题

利用遥感技术监测土壤水分和作物蒸散具有快速、宏观、方便等特点,国内外学者围绕该领域在理论和技术方法上开展了大量研究。本文查阅大量文献,较详细地分析了地表蒸散遥感监测技术方法研究的有关进展和问题,供从事地表蒸散遥感监测的相关工作者参考。分析结果表明,在部分植被覆盖条件下,双层模型的估算精确度明显高于单层模型,但双层模型中引入较多的参数增加了其运算难度,有待进一步研究。      

土壤-植被-大气系统水分散失机理的数值模拟

以Eeardorff(1978)提出的陆面参数化方案和Noilhan等人(1989)土壤水分参数化方案为基础,对陆面物理过程参数化方案进行了改进,在模式中较详细地考虑了植被和地面的各种物理参量如地面和叶面的反射率和发射率,净叶面面积指数,植被的物理阻抗等,并与大气边界层模式耦合。应用该模式模拟了沙漠及绿洲地区不同植被覆盖率情况下的蒸散量、土壤含水量和表面温度的日变化和连续变化特征;对不同植被覆盖率的热量平衡特征进行了比较。结果表明该模式较好地反映了地表蒸散3阶段的变化趋势特征,揭示出下垫面热量平衡分量间的相互转换过程。该模式可以用于中尺度的气象和区域气候模式,模拟和预测不同植被覆盖情况下近地层的热量输送和水分散失情况。     

基于地下水位变化的荒漠河岸林蒸散估算

深根植物生长季蒸腾耗水是河岸林消耗地下水的主要方式之一,是荒漠绿洲水分循环的重要环节,因而有效估算荒漠河岸林蒸散对于河岸林管理具有重要的意义。本研究利用地下水位日波动方法对额济纳绿洲荒漠河岸林进行了蒸散估算研究,结果表明基于地下水日波动方法估算得到的七道桥胡杨林蒸散量与涡度相关和FAO-PM方法得到的蒸散结果变化趋势较为一致,且显著相关,说明地下水位日波动方法可以用于估算极端干旱的荒漠河岸林下的植被蒸散发量。最后探讨了考虑植物夜间蒸腾的地下水位日波动方法,新方法的蒸散估算较原始地下水位日波动方法的蒸散估算占涡度观测蒸散的比例从70%提高到了90%。     

地表类型影响区域水循环的模拟试验

利用1992-2001年10a逐日降水、气温、湿度、风速和气压资料，使用气候要素逐步插值方法，修改VIC模式同一栅格中多种覆盖类型蒸发的计算方法，采用遥感等4种地表覆盖类型，考虑植被分布不均匀性，计算各种植被类型对地表水循环的贡献，结果表明：1）均匀落叶阔叶林地表年平均流量误差为-24．82％，均匀农田地表年平均流量误差为21．82％，《中国资源与环境数据库（1：400万）》（REDC）地表年平均流量误差为-14．32％，遥感地表的年平均流量误差最小，为1．43％，与实测吻合。2）采用均匀落叶阔叶林地表类型计算的蒸散，与降水年平均分布一致，与地形无关；均匀农田地表类型计算的蒸散，受地形影响明显；REDC地表类型计算的蒸散空间分布与地表植被类型有较好的对应关系。3）VIC-3L具有描述各类地表类型的能力，能够模拟出同一网格单元中多种植被类型对地表蒸散、径流等的作用，计算得到的蒸散、蒸发、径流等地表水平衡分量和空间分布显示出与均匀地表类型结果明显的不同。4）应用遥感地表覆盖类型，计算的地面蒸散、径流、土壤湿度和积雪升华的空间分布表明，地面蒸散受植被类型的影响是显著的。     

陆面模式中土壤湿度影响蒸散参数化方案的评估

本文将四个常见陆面模式CLM3.5（Community Land Model Version 3.5）、Noah_LSM（The Noah Land Surface Model）、VIC（Variable Infiltration Capacity）以及SSiB（The Simplified Simple Biosphere Model）中土壤湿度影响蒸散的参数化方案进行简化,并利用实验观测资料对不同参数化方案进行评估,探究不同陆面模式对土壤湿度与蒸散关系的模拟差异,从而为提高模式的模拟能力提供依据。结果表明,（1）CLM与SSiB中计算土壤湿度影响裸土蒸发的参数化方案较Noah_LSM和VIC更接近真实的物理过程,同时CLM与SSiB模式中土壤湿度对蒸发的影响程度较Noah_LSM和VIC大;而对于下垫面有植被条件下的蒸散而言,CLM中包含了植被光合作用、呼吸作用等生物物理学过程,与实际情况更为接近,并且CLM与SSiB中土壤湿度对植被蒸散的影响程度大于VIC,Noah_LSM最低;（2）根据干旱区、半干旱区、半湿润区以及湿润区各站点的分析可知,CLM、SSiB与Noah_LSM中土壤湿度影响蒸散的参数化方案的拟合效果较VIC好,同时在部分站点CLM与SSiB的参数化方案稍优于Noah_LSM。区域之间比较说明,四个模式对干旱半干旱区的模拟效果明显较半湿润区和湿润区好。     

乾安县环境干旱的定量评估

乾安县的二年观测表明 ,环境干旱与农业干旱有不同的特点。蒸散量是计算环境干旱程度的关键 ,也是人类活动最容易影响的部分 ,准确测量蒸散量可以定量评估环境干旱。掌握蒸散量随植被、农业措施的变化规律可以人为控制环境干旱的发展 ,但控制能力是有限的 ,极限值可能相当于几十毫米降水。     

气候与植被覆盖变化对中国西南亚高山区流域碳水循环的影响模拟

正确认识气候变化对流域森林植被和水文的影响对于林业经营管理与流域生态修复具有重要意义。为了揭示气候与植被覆盖变化对西南亚高山区流域碳水循环过程的影响,用生物物理/动态植被模型SSiB4/TRIFFID（Simplified Simple Biosphere model version 4, coupled with the Top-down Representation of Interactive Foliage and Flora Including Dynamics model）与流域地形指数水文模型TOPMODEL（Topographic Index Model）的耦合模型（以下记为SSiB4T/TRIFFID）模拟了不同气候情景下西南亚高山区的梭磨河流域植被演替和碳水循环过程。结果表明,所有试验流域植被经历了从C3到苔原灌木最后到森林的变化;控制试验流域蒸散在流域植被主要为苔原灌木时达到最大而径流深最小;增温5 ℃并且增雨40%试验[记为T+5, (1+40%) P试验]流域蒸散在流域为森林覆盖时达到最大而径流深最小。随着温度增加,森林蒸腾、冠层截留蒸发和蒸散的增加幅度明显大于草和苔原灌木,导致森林从控制试验的增加径流量变为减小径流量。从控制试验到T+5, (1+40%) P试验,温度增加使森林净初级生产力有所增加,但对草和苔原灌木的净初级生产力影响很小;植被水分利用效率随温度增加明显减小。西南山区随着海拔高度降低（温度升高）,森林从增加径流量转变为减少径流量,植被水分利用效率也相应明显减小。西南山区气候的垂直地带性对森林—径流关系和水分利用效率的空间变化有着重要的影响。     

黄河源区径流减少的原因探讨

分析了黄河源区1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。     

The sensitivity of some high-latitude boreal forests to climatic parameters

A gap model of environmental processes and vegetation patterns in boreal forests was used to examine the sensitivity of permafrost and permafrostfree forests in interior Alaska to air temperature and precipitation changes. These analyses indicated that in the uplands of interior Alaska, the effect of climatic warming on the ecology of boreal forests may not be so much a direct response to increased air temperature as it may be a response to the increased potential evapotranspiration demands that will accompany climatic warmings. On poorlydrained north slopes with permafrost, the drier forest floor reduced the flux of heat into the soil profile. This was offset by increased fire severity, which by removing greater amounts of the forest floor increased the depth of soil thawing and converted the cold black spruce forests to warmer mixed hardwood-spruce forests. On well-drained south slopes, the increased potential water loss reduced available soil moisture, converting these mesic sites to dry aspen forests, or if too dry to steppe-like vegetation. Increases in precipitation offset the effects of increased potential evapotranspiration demands and mitigated these forest changes.     

唐古拉地区活动层水热状况及地气系统能水平衡分析

活动层水热状况与地-气系统间能水交换直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用唐古拉站2007年实测资料和SHAW模型,对研究点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。土壤温度方面,模型的纳什效率系数NSE≥0.93;水分方面,纳什效率系数的平均值为0.69,说明SHAW模型可用于多年冻土区活动层内水热动态变化的模拟研究。基于模型的输出结果,对唐古拉站活动层土壤冻融过程中的水分动态、地表能量收支的变化特征进行了分析讨论。结果表明:(1)活动层冻融过程中,土壤水分的冻结和融化响应时间随土壤深度的增加而逐渐滞后,水分迁移通量随土壤深度的增加逐渐减小;(2)地表能量平衡收支在季风活动引起的降水与活动层的冻融循环共同影响下,表现出明显的季节性变化特征。同时,通过改变SHAW模型植被输入参数中的叶面积指数,分析了植被覆盖变化对多年冻土区土壤蒸散发的影响。结果表明:植被蒸腾量、土壤蒸发量与总的蒸散发量与植被的叶面积指数呈正相关关系,而浅层土壤含水率(20 cm)则表现为负相关,当叶面积指数在-100%(裸土)~100%变化时,总蒸散发量的变化幅度为-5%~13%。     

植被变化对中国区域气候的影响Ⅱ:机理分析

在利用区域气候模式（RegCM2）对中国植被变化的气候影响进行了数值模拟研究的基础上,该文着重对其中可能的机理进行了分析,结果表明:植被变化对地-气系统的能量平衡具有重要影响。植被变化使地表释放的有效通量（感热+潜热）发生变化,同时有效通量中的感热。潜热分配,即波恩比亦会发生改变,从而导致大气湿静力能分布的变化,使大气层结及垂直运动发生相应改变,这会进一步影响到大气水汽输送情况,井与相应的垂直运动变化结合最终导致降水的变化。另外,由于植被变化造成的地表蒸散及上壤持水能力的变化,会使土壤含水量、地表径流等也发生明显的变化。     

Climatic change impacts on the ecohydrology of Mediterranean watersheds

Impact of climate change on ecohydrologic processes of Mediterranean watersheds are significant and require quick action toward improving adaptation and management of fragile system. Increase in water shortages and land use can alter the water balance and ecological health of the watershed systems. Intensification of land use, increase in water abstraction, and decline in water quality can be enhanced by changes in temperature and precipitation regimes. Ecohydrologic changes from climatic impacts alter runoff, evapotranspiration, surface storage, and soil moisture that directly affect biota and habitat of the region. This paper reviews expected impacts of climatic change on the ecohydrology of watershed systems of the Mediterranean and identifies adaptation strategies to increase the resilience of the systems. A spatial assessment of changes in temperature and precipitation estimates from a multimodel ensemble is used to identify potential climatic impacts on watershed systems. This is augmented with literature on ecohydrologic impacts in watershed systems of the region. Hydrologic implications are discussed through the lens of geographic distribution and upstream-downstream dynamics in watershed systems. Specific implications of climatic change studied are on runoff, evapotranspiration, soil moisture, lake levels, water quality, habitat, species distribution, biodiversity, and economic status of countries. It is observed that climatic change can have significant impacts on the ecohydrologic processes in the Mediterranean watersheds. Vulnerability varied depending on the geography, landscape characteristics, and human activities in a watershed. Increasing the resilience of watershed systems can be an effective strategy to adapt to climatic impacts. Several strategies are identified that can increase the resilience of the watersheds to climatic and land use change stress. Understanding the ecohydrologic processes is vital to development of effective long-term strategies to improve the resilience of watersheds. There is need for further research into ecohydrologic dynamics at multiple scales, improved resolution of climatic predictions to local scales, and implications of disruptions on regional economies.     

内蒙古草原气候特点与草原生态类型区域划分

为了合理开发利用气候资源，给草原畜牧业生产的分区管理提供科学依据，文章对内蒙古草原气候特点及气候对牧草生长、畜种分布和土壤环境的影响进行了分析，发现内蒙古气候湿润度的某些等值线与土壤带的分界线几乎完全重合，表明土壤带的形成与气候条件密切相关。而气候和土壤环境是草场类型及其生态系统的主要影响因素，因此以气候湿润度为主要依据，结合内蒙古土壤带的水平分布特征，进行草原生态类型区域的划分不仅具有合理性，而且具有稳定性。指出近年来的气候增暖以及由此引起的其他气候变化，虽使草原生产力有一定的提高，但并未使内蒙古草原的生态类型有所改变。     

Modeling diurnal to seasonal water and heat exchanges at European Fluxnet sites

Summary The importance of linking measurements, modeling and remote sensing of land surface processes has been increasingly recognized in the past years since on the diurnal to seasonal time scale land surface–atmosphere feedbacks can play a substantial role in determining the state of the near-surface climate. The worldwide Fluxnet project provides long term measurements of land surface variables useful for process-based modeling studies over a wide range of climatic environments.In this study data from six European Fluxnet sites distributed over three latitudinal zones are used to force three generations of LSMs (land surface models): the BUCKET, BATS 1E and SiB 2.5. Processes simulating the exchange of heat and water used in these models range from simple bare soil parameterizations to complex formulations of plant biochemistry and soil physics.Results show that – dependent on the climatic environment – soil storage and plant biophysical processes can determine the yearly course of the land surface heat and water budgets, which need to be included in the modeling system. The Mediterranean sites require a long term soil water storage capability and a biophysical control of evapotranspiration. In northern Europe the seasonal soil temperature evolution can influence the winter energy partitioning and requires a long term soil heat storage scheme. Plant biochemistry and vegetation phenology can drive evapotranspiration where no atmospheric-related limiting environmental conditions are active.