香河地区光合有效辐射观测分析研究

利用中国科学院大气物理研究所香河大气综合观测实验站(39°47′N,116°57′E)2004年10月至2005年12月共15个月的太阳辐射观测资料,分析了该地区光合有效辐射与太阳总辐射比值的(PAR/Rs)日变化和季节变化特征,得出月平均PAR/Rs值变化范围在1.808~2.048μE.J-1之间,最大值出现在夏季,最小值出现在冬季,年平均值为1.948μE.J-1。提出了一个利用太阳总辐射观测值计算光合有效辐射瞬时值的参数化算式,用该算式计算得到的PAR与实际观测值的均方根误差为19.28μE.m-2.s-1,有96%的计算值与观测值偏差在±10%以内。比较了香河地区与太湖地区、额济纳地区光合有效辐射瞬时最大值、小时累积最大值及日累积最大值的差异。     

祁连山海北高寒草甸地区植物生长期的光合有效辐射特征

分析了祁连山海北高寒草甸地区 1998年植物生长期内光合有效辐射 (PAR)的日、季节变化特征。结果表明 :PAR日变化与太阳总辐射 (Eg)日变化趋势一致 ,表现为单峰型变化过程 ,日总量最大可达 11.7MJ·m-2 左右。植物生长期内的 4月下旬～ 9月中旬季节变化较为复杂 ,雨季来临之前的 4～ 6月较高 ,其它时间较低 ,旬平均最高在 5月达 85 .2 3MJ·m-2 。PAR在Eg中所占的比例 (η)晴天状况下日平均在 0 .36～ 0 .41之间 ,阴天稍高 ,植物生长期内 η的旬平均在 0 .32～ 0 .43之间。分析还表明 ,PAR与Eg日总量具有很好的正相关关系 ,从而可依Eg的变化量来估算PAR。同时计算表明 ,海北高寒草甸地区植物群落对PAR的光能利用率为 0 .5 8%左右     

张掖地区的光合有效辐射特征

光合有效辐射(PAR)是植物进行光合作用的重要能量来源。本文利用HEIFE期间在临泽(FOP)和张掖(BOP)取得的太阳分光辐射资料，分析研究了张掖地区的光合有效辐射。结果表明：张掖地区晴天PAR在太阳总辐射中所占的比例在0.419-0.426之间。季节变化不明显；多云天气条件下比值大于晴天，且有较明显的季节变化，夏季大。冬季小。文中还根据实际观测资料拟合得到了张掖地区PAR的经验公式，据此估算和讨论了张掖地区PAR的分布情况．     

基于Landsat 8的川西复杂地形太阳辐射估算研究

山地地表太阳辐射受坡度、坡向及地形遮蔽等影响,导致区域地表所接收的连续分布的太阳辐射量较难测量,而针对山地地表太阳辐射估算已成为目前研究的一个重点。为定量分析山地地表太阳辐射,本文利用Landsat8遥感影像、数字高程模型及气象观测数据计算相关参数,采用已有的太阳直射模型、天空散射模型和周围地形反射模型,综合估算研究区山地地表特定时刻的瞬时太阳辐射,同时根据气象站点获取的逐时太阳辐射和日总辐射量数据对结果进行验证。结果表明：该模型估算的山地瞬时太阳辐射误差均值为13.56 W/m²,日总辐射量误差均值为1.49 MJ/m²,估算值与观测值存在较好的一致性,结果误差小,精度高,参数可靠。山地太阳辐射分布与地形地貌密切相关,总体上阳坡大于阴坡,山脊大于山谷。山区太阳辐射随坡度增大而递减,同时受坡向、植被覆盖度等因素影响,坡面辐射量在一定坡度有略微上升趋势,当坡度大于太阳天顶角时,辐射量下降明显。山区受植被覆盖影响,随着地表植被的增加,地表辐射量呈下降趋势。     

额济纳地区苜蓿地光合有效辐射(PAR)的基本特征

利用额济纳地区查干毛道饲草料基地（主要种植苜蓿）内2001年6～9月的辐射观测资料．对该荒漠绿洲的光合有效辐射（PAR）的月变化、日变化、极值及其所占太阳短波辐射比例ηQ的一些基本特征作了分析和讨论,并与张掖、临泽、太湖地区及美国Texas站作了比较,发现该地区PAR的夏季总量、月平均日总量及各项极值都大于前述其它站点,辐射资源十分丰富;晴天日和阴天日PAR的变化有明显的区别;对于ηQ,云和水汽、太阳辐射强度、光周期对它都有影响。     

计算晴天光合有效辐射(PAR)各分量的大气透射模式

本文提出了一个估算光合有效辐射(PAR)各分量的物理模式.按光谱公式积分后,再将臭氧吸收,雷利散射和气溶胶削减后对应的透射率参数化.用于模式中的参数有:测站气压、臭氧量、昂斯川姆大气混浊度系数、单次散射反照率、地表反照率和太阳高度.模式计算值和精密光谱法(Spectral codes)(LOWTRAN和BRITE)计算值,与在Uccle(比利时)的实测值进行了比较.只要充分了解一地的大气透明状况,即使无同期的太阳辐射观测资料可资利用,也可估算出晴天条件下该地每日或每时的光合有效辐射.     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射(PAR)的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明:玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关(R2=0.89);玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射（PAR）的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明：玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关（R2=0.89）;玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

5种光合有效辐射表性能测试

为认识和提高光合有效辐射 (波长为400~700 nm) 的测量精度,对国内外5种常用的光合有效辐射表的灵敏度、余弦响应、非线性、温度依赖性、光谱响应等性能进行了测试和分析。结果表明: 5种光合有效辐射表 (简称光合表) 的非线性误差均在1%以内; 3种光合表 (PAR LITE,LI-190和FS-PR) 的余弦误差均小于10%,温度系数均小于0.3%/℃,2种光合表 (TRT-5和HSC-FPH-1) 的余弦误差明显偏大,温度系数小于0.5%/℃。2种光合表 (PAR LITE和LI-190) 的光谱响应曲线接近于理想光谱,而其余3种光合表与理想光谱曲线偏离较大。在自然光下的一致性比对测量结果显示,5种光合表测量的辐射量与标准值的误差均在5%以内,但综合评价后认为,3种光合表 (PAR LITE,LI-190和FS-PR) 的性能明显优于其他2种光合表 (TRT-5和HSC-FPH-1)。该结果可为气象观测业务选型提供参考。     

复杂地形对计算地表太阳短波辐射的影响

首先利用数字高程数据(DEM)、大气辐射传输模式6S以及野外观测资料计算了复杂地形(青藏高原)上地表入射太阳辐射,然后计算不考虑地形产生的地表辐射的计算误差,对误差进行归一化后得到相对辐射误差.结果显示,相对辐射误差的标准差(即相对地表辐射计算误差绝对值的统计平均值) Se随太阳天顶角的增加呈指数增长,随高度标准差的增加几乎呈线性增长,随数字高程数据的分辨率(或卫星资料的分辨率)降低而降低.利用分步拟合方法拟合了Se随太阳天顶角、高度标准差和数字高程分辨率的变化.利用拟合方程可以计算任意地形条件下,不同分辨率的卫星(或数字高程)资料在不同太阳天顶角情况下,不考虑地形复杂性产生的平均地表入射太阳辐射的计算误差,结果表明,使用中分辨率的卫星(如MODIS)资料计算地表太阳净辐射时,需要考虑地形复杂性.     

贵州高原复杂地形下月平均日最低气温分布式模拟研究

在前人研究的基础上,对以前计算平均日最低气温的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下太阳总辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了复杂地形下海拔高度、太阳总辐射、日照百分率为参数的月平均日最低气温的分布式模型。应用100 m×100m分辨率的DEM数据、1960—2000年贵州省及周边102个气象站常规气象要素观测资料以及NOAA-AVHRR观测资料、10个气象站的太阳辐射量资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年平均日最低气温空间分布。结果表明:(1)局地地形因子对贵州地区月平均日最低气温的影响较大,月平均日最低气温纬向分布不明显。贵州高原复杂地形下年平均日最低气温大部分地区介于7.5～12.4℃之间,1月平均日最低气温大部分介于-0.6～4.1℃之间,7月平均日最低气温大部分介于15.6～21.3℃之间。(2)月平均日最低气温随海拔高度的增加而降低。南坡随坡度的增大而升高;北坡随坡度的增大而降低。在坡向影响上,1～5月、10～12月偏北坡月平均日最低气温偏低,偏南坡月平均日最低气温偏高;7～8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况,北坡高于南坡。     

高寒山区面降水量获取方法及影响因素研究进展

主要总结了高寒山区面降水数据的获取方法、影响因素及时空分布的研究进展,并指出了面降水量数据获取可能的解决途径。通常地面观测及空间插值、大气数值模式估算、遥感反演是面降水数据的主要获取方法,但应用于高寒山区都有一定局限性:地面观测点稀缺限制了各种空间插值方法的精度;大气数值模式,不能有效地模拟高寒山区复杂地形下的局地降水空间分布;地基遥感(多普勒雷达)受地形遮挡和自身条件的限制,空基遥感数据的精度受限于卫星搭载降水雷达的性能、卫星过境频率及空间分辨率等因素;对降水分布的估算存在很大误差。水汽源、坡向、海拔与下垫面地形是影响高山区降水量及其时空分布的主要因素。为此,在黑河上游祁连高山区,已进行的小范围加密观测、基于遥感空间格网的矩阵观测及大范围撒网式观测,仍是了解高寒山区降水量时空分布规律的基础;有待提高精度和时空分辨率的卫星数据,以及有效的地面-卫星遥感数据同化方法的研究,也将成为获取高寒山区精确的面降水量的有效途径;大气数值模式的降尺度研究也是一种途径,有待进一步研究。     

基于SWAT模型的岷江上游流域水文模拟与干旱评估

以地势复杂、海拔高差悬殊的岷江上游流域为研究区域,选取2013～2017年水文、气象观测、土地利用、土壤类型及DEM等数据,驱动SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,在参数敏感性分析的基础上对模型进行校正和验证,模拟岷江上游流域日径流量变化过程,并采用基于SWAT计算的...     

基于日照时数的光合有效辐射估算方法研究

区域日序、时序光合有效辐射的准确估算是揭示区域农林产量、品质形成机理不可或缺的数据源.基于广西武鸣2018年10月1日至2020年3月31日地表太阳总辐射、光合有效辐射等观测数据,统计分析了日序及其各时次地表太阳总辐射、光合有效辐射曝辐量与其对应的日照的变化关系.结果 表明,日序及其各时次的晴空指数与其对应的日照百分率呈现二阶函数变化,而日序及其各时次的光合有效系数与其对应的晴空指数的自然对数呈现良好的线性变化关系,尤以农作物、林果等主要生长季的4-11月期间效果最佳.由此而构建的基于日照时数的日序及其时次光合有效辐射估算模型,对弥补农林产量、品质构成的光合作用影响机理研究等所需的基础数据源有非常重要意义.     

丘陵区土壤热通量遥感估算模型适应性分析

利用具有丘陵区典型特征的四川省乐至县气象站的土壤热通量和净辐射观测数据,分析了二者的变化特征,并验证了土壤热通量遥感估算模型的适用性。分析结果表明：晴空土壤热通量G与净辐射Rn存在明显日变化,最大值出现13时左右;其比值G／Rn受土壤湿润程度和地表覆盖的影响,地表湿润、覆盖率高,比值小。在干旱时,瞬时比值可高达0．7,而湿润情况,可低至0．05。对目前广泛使用的G／Rn卫星遥感模型估算结果与实测值的对比分析表明,不同的G／Rn卫星遥感估算模型估算结果存在明显的差异,仅依靠植被指数的模型不适合南方丘陵区。本研究认为Bastiaanssen等的模型较适合丘陵区的土壤热通量遥感估算模型。     

起伏地形下我国太阳直接辐射的分布式模拟

运用数据集群技术,建立了我国不同时空尺度直接透射率的估算模式,对比分析了不同模式的拟合精度。基于1km×1km分辨率的数字高程模型(DEM)数据,全面考虑了地形因子对太阳直接辐射的影响,实现了实际起伏地形下我国太阳直接辐射的分布式模拟,计算了我国范围内1km×1km分辨率1—12月气候平均太阳直接辐射的空间分布。结果表明:局地地形对太阳直接辐射空间分布的影响非常强烈,尤其是在太阳高度角较低的冬季和秋季;模拟结果可靠,可进行大数据量处理,适用于遥感图像处理、地理信息系统等数据处理平台。     

农田光合有效辐射观测与分析

目前,农业气候资源调查和估算农田光合生产潜力,都需要知道某一地区光合有效辐射年、季总量及变化特征。我们于1980—1982年在河北省栾城县良种场观测太阳总辐射、光合有效辐射和光照度,对石家庄地区光合有效辐射特征和可见光与太阳总辐射的比例关系,得出了初步结论。     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光-光合作用响应曲线和CO2-光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO2浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析.单因子分析表明晴天状况下,冠层光合速率随CO2浓度升高而上升,当CO2浓度由330×10-6上升至660×10-6时,冠层光合日总量可增加19.7 %;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0 %,冠层光合日总量可增加6.7 %;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1 ℃,冠层光合日总量减少2.9 %.多因子综合数值分析表明在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO2变化响应更加敏感.本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础.     

香河地区光合有效辐射的测量和计算

2004年9月12日—2006年10月31日,在河北省香河县对太阳辐射（包括光合有效辐射PAR、可见光辐射VIS和总辐射Q等）、气象参数等进行了综合测量,初步得到了PAR、VIS等的变化特征。观测表明,小时累计之比PAR/Q、VIS/Q、PAR/VIS相对稳定,2004—2006年的平均值分别为2.164、0.434 mol•MJ-1和4.967 mol•MJ-1,同时它们表现出明显的日、逐日和季节变化特征,并受到水汽、气溶胶、云等因素的影响。建立了实际天气条件计算PAR、VIS小时累计值的经验公式以及PAR与VIS转换关系式,计算值与观测值符合得较好。在考虑水汽和散射因子时,PAR、VIS计算值与观测值的相对偏差分别为9.9%和10.8%。限于实际情况,也可以只考虑水汽因子的作用来计算PAR和VIS小时累计值,它们的相对偏差分别为11.1%和11.8%。对于PAR、VIS的传输和计算来说,水汽因子的作用至关重要。散射因子的作用虽然弱于水汽因子,但它的作用不容忽视。     

非参数化蒸散发估算方法在黑河流域的适用性分析

陆面蒸散发是水循环过程中的重要组成部分,直接关系到地表的能量和水量平衡。基于哈密顿原理的非参数化蒸散发估算方法能够避免复杂的参数化过程,降低计算过程的不确定性。首先,利用非参数化方法估算了黑河流域不同下垫面的蒸散发,并利用地面观测数据进行了验证,分析了非参数化方法在不同下垫面和不同季节的适用性。对不同下垫面的验证结果表明,在湿润下垫面该方法会低估实际蒸散发,在干旱下垫面会高估实际蒸散发;对不同季节的验证结果表明,夏季蒸散发估算精度明显优于冬季。其次,进一步对非参数化方法进行了敏感性分析:在湿润下垫面,地表净辐射通量对估算结果影响较大;在干旱下垫面,地表净辐射通量和地表温度对非参数化估算方法结果影响较大。最后,利用非参数化方法结合遥感数据和大气驱动数据估算了黑河流域中上游的区域蒸散发,并利用地面观测数据结合足迹模型进行了验证,分析了非参数化方法估算区域蒸散发的适用性,估算结果能够反映该区域地表通量的分布特征,但是与地面观测数据相比存在一定的误差,不同下垫面的均方根误差在50~100W·m~(-2)之间。