一种适合干旱地区的陆面过程模式——LSPM的介绍

介绍了一种基于LPM的陆面过程模式(LSPM),重点描述了其参数化方案的一些改进。LSPM针对相对干燥土壤的参数化方案,表明其适用于干旱沙漠地区。     

陆面过程参数化模式的研究

在概述了近年来国内外陆面过程参数化研究的基础上,发展了一个改进的陆面过程参数化模式。该模式能被应用于地球表面不同土壤和植被类型的陆面过程的相互作用研究。在该模式中通过土壤结构参数和陆面过程湍流通量的参数化,可广泛应用于不同类型的区域。在模式中,大气-陆面系统包括3个子系统:近地层大气、冠层和土壤活跃层。土壤被分为4层,上两层分别相当于温度的日和季变化层,植被的根系活动也在这两层内,在最深层的温度和含水量是气候的平均值。发展的陆面过程参数化模式可应用于不同气候区域能量平衡和气候的模拟研究。对我国在该领域的研究,特别是在开发我国西北地区过程中的环境生态研究中具有重要的意义。     

塔克拉玛干沙漠腹地秋季陆面过程特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中2014年10月的秋季涡动通量数据,分析了塔中秋季陆面过程通量变化特征。结果表明：（1）塔中秋季10月净辐射R_n、感热通量H、潜热通量LE、地表土壤热通量G₀峰值依次为273.0、141.6、5.0、105.0 W·m^-2,平均日总量依次为2.85、2.68、0.08、-0.57 MJ·m^-2,净辐射能量分配以感热能量输送为主。（2）不同典型天气下,净辐射日总量扬沙>晴天>阴天>降水;阴天、扬沙天气H随R_n不同程度削减而减少,降水天气潜热增多导致日变化特征有别于其他天气。（3）10月能量闭合率为79.0%,不同天气能量闭合率阴天>晴天>扬沙>降水,依次为86.8%、83.4%、79.4%、71.4%。（4）地表反照率晴天呈“U”型变化,阴天和扬沙天气地表反照率趋势变缓发生波动现象,降水天气波动较大,趋势先降低后回升。（5）月平均热通量日间为正值,夜间为负值。日间能量闭合率为73.9%,夜间为50.8%,存在较高的能量不闭合。     

农作物分布对南水北调受水区域陆面过程模拟的影响

本文将中国陆面覆盖资料(CLCV)与全球农作物分布资料融合,获取了一套包含小麦、玉米和水稻这些农作 物分布的陆面覆盖资料(CLCV- 3C),并将该陆面覆盖资料以及CLCV 应用于陆面模式CLM针对南水北调受水区域 的数值模拟试验以探讨该区域农作物分布对陆面能量水分过程模拟的影响。结果显示,与原来没有区分这三种主 要农作物分布相比,考虑农作物分布后,小麦区模拟的多年平均净辐射、感热、径流会增加,而蒸散发会减少;玉米 区和水稻区的多年平均净辐射、感热、蒸散发均会增加,而径流会减少。这些研究表明,农作物分布对南水北调受水 区域陆面水分能量过程有不可忽视的影响。     

土壤－植被－大气连续体中蒸散过程的数值模拟

本文利用一维土壤－植被－大气耦合数值模式，研究了我国西北（３７．５°Ｎ，１０５°Ｅ）干旱半干旱地区夏季不同植被覆盖度近地面层的水分蒸散过程。模式较好地再现了蒸散过程三阶段的变化趋势特征。模式还揭示了蒸散过程中，下垫面热量平衡分量间的相互转换过程。并由实测资料对模拟结果进行了检验。     

基于改进的地表温度-植被覆盖特征空间估算地表蒸散

地表温度-植被指数特征空间被广泛应用与地表蒸散估算和土壤湿度监测,而利用散点图直接拟合干边会造成很大的不确定性。本研究采用改进的地表温度-植被覆盖特征空间进行地表通量的计算。该方法是基于能量平衡公式进行干边定位,从而减少干边确定过程中的不确定性。我们选取的17天的MODIS数据以及相应气象数据进行地表蒸散计算,并采用郑州的LAS观测站验证显热通量计算值,估算结果均方根误差（RMSE）、偏差（Bias）和相关系数平方（R^2）分别为44.06Wm^-2、36.99Wm^-2和0.71。总体来讲,通过能量平衡公式确定的理论干边相比通过散点图拟合的实测干边更合理。     

2003-2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响

蒸散发是陆面水循环的关键环节和过程,是研究水循环对人类活动和气候变化响应的关键要素.过去十几年,全球下垫面的植被变化剧烈,但如何影响全球陆面蒸散发仍未得到清晰的揭示.本文采用500 m分辨率MODIS数据驱动PML-V2模型,定量解析了 2003-2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响.结果显示:在全球尺度上,植被变...     

CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

多年平均陆面蒸发量的计算

作者建议用公式E/r=thD(E₀/r)来计算陆面蒸发量,并从数学上及气候物理概念上对此公式作了分析论证,认为是合理的可行的,又用国内外大量资料检验,符合精度要求。     

基于SPOT NDVI的华北北部地表植被覆盖变化趋势

为分析华北北部地表植被覆盖变化趋势,探寻合理土地利用方式,基于1999年1月至2006年12月的SPOT-VEGETATION逐旬NDVI数据,采用国际通用的MVC(最大合成法)获得月NDVI值,用均值法求出年均NDVI数值。在此基础上,用一元线性回归斜率定量描述地表覆盖动态变化,以Hurst指数表示其时间依存性,利用GIS工具表征其空间格局并进行空间统计分析。研究结果表明:近8年来华北北部地表植被覆盖整体得到改善的区域比植被覆盖退化的区域面积大,得到改善的区域约占总面积的66.04%,基本不变的区域约占14.39%,退化区域约占19.57%。各种土地利用类型Hurst指数平均值均为0.5     

喀斯特城市植被覆盖度时空变化对地表温度的影响

随着桂林喀斯特城市的快速扩展、地表植被覆盖度的变化,城市热岛现象越来越明显。以桂林1989-2006年5景TM/ETM遥感图像为数据源,利用遥感归一化植被指数反演植被覆盖度Pv,利用Qin单窗算法反演地表温度ts,分析Pv空间和时间变化对ts的影响。结果表明,在空间上ts随Pv的提高而降低,呈明显负相关关系。在时间上Pv<0.2面积比例逐年增加,1989年7.8%、1991年15.2%、2000年20.7%、2005年21.1%、2006年22.7%;而Pv≥0.7面积比例逐年减少,1989年49.2%、1991年27.4%、2000年27%、2005年16.5%、2006年11.1%。其导致地表温度高于茂密林地表面温度的比率z>20%的高温像元比例逐年上升;而z≤10%的低温像元比例逐年下降,1989年28.9%、1991年25.4%、2000年23.7%、2005年22.2%、2006年20.4%。植被覆盖的喀斯特山峰呈现显著的凉岛现象,从而调节喀斯特城市气候环境。     

Influences of agricultural phenology dynamic on land surface biophysical process and climate feedback

Response and feedback of land surface process to climate change is one of the research priorities in the field of geoscience. The current study paid more attention to the impacts of global change on land surface process, but the feedback of land surface process to climate change has been poorly understood. It is becoming more and more meaningful under the framework of Earth system science to understand systematically the relationships between agricultural phenology dynamic and biophysical process, as well as the feedback on climate. In this paper, we summarized the research progress in this field, including the fact of agricultural phenology change, parameterization of phenology dynamic in land surface progress model, the influence of agricultural phenology dynamic on biophysical process, as well as its feedback on climate. The results showed that the agriculture phenophase, represented by the key phenological phases such as sowing, flowering and maturity, had shifted significantly due to the impacts of climate change and agronomic management. The digital expressions of land surface dynamic process, as well as the biophysical process and atmospheric process, were improved by coupling phenology dynamic in land surface model. The agricultural phenology dynamic had influenced net radiation, latent heat, sensible heat, albedo, temperature, precipitation, circulation, playing an important role in the surface energy partitioning and climate feedback. Considering the importance of agricultural phenology dynamic in land surface biophysical process and climate feedback, the following research priorities should be stressed: (1) the interactions between climate change and land surface phenology dynamic; (2) the relations between agricultural phenology dynamic and land surface reflectivity at different spectrums; (3) the contributions of crop physiology characteristic changes to land surface biophysical process; (4) the regional differences of climate feedbacks from phenology dynamic in different climate zones. This review is helpful to accelerate understanding of the role of agricultural phenology dynamic in land surface process and climate feedback.     

国土空间规划的土地利用分类方案研究

“统一用地分类,系统整合土地利用现状分类、城市用地分类,形成空间规划用地分类标准”是新时期国家推进空间规划和统一规划基础的重要任务之一。在梳理总结国内外土地利用分类体系演化特点和解析中国现行土地利用分类体系存在问题的基础上,结合空间规划和不同部门对用地分类的要求,通过历史继承、部门融合和综合集成,提出既希望服务空间规划、又能满足部门行业需求的基础性土地利用分类方案。研究表明：20世纪20年代以来国内外土地利用分类体系的演化进程大致以1960年和1985年为界分为前、中、后三个不同时期;中国现行的土地利用/覆被分类体系在分类方法、分类主体、分类层级、类型构成、类型命名以及适用的数据采集方式和精度等方面存在着巨大差异,不同体系的成果数据相互之间缺乏可比性;研究建立的空间规划土地利用分类方案由7个一级类型、27个二级类型、79个三级类型构成,与中国现行的分类体系相比,该分类除了在林地三级类型、建设用地部分三级类型吸纳了现行林地分类体系和城市用地分类体系中的合理成分外,对耕地的三级类型、园地的三级类型、草地的二级和三级类型、水域的二级类型等做了重大改进和调整。     

宁南地区地表特征参数及辐射平衡区域分布

本文利用2001年6月30日LANDSAT-7 ETM+卫星遥感资料和宁夏南部及周边区域22个气象站气象观测资料,求得地表特征参数中NDVI、地表反射率、地表温度和地表辐射平衡各量中地表短波吸收辐射、地表长波辐射区域、大气逆辐射、净辐射的区域分布和分布直方图,将地表分成5类,分类别讨论了其各量分布特征。主要研究结果表明:地表特征参数及地表辐射平衡各量的分布均呈现明显的地带性,各区域分布图上山体、水体的轮廓很显著,主要原因是山上及河流附近生长着茂密的植被,说明植被的分布在相当程度上影响了辐射平衡各量和地表特征参数的分布。     

遥感影像中分区分类法及在新疆北部植被分类中的应用

对遥感影像提出了一种分区分类的思想，根据影像所包含的局部特征将整体影像化为几个局部的影像，然后根据局部影像的特点对图像进行分类,使得每一区域的种类数目相对于整体减少，种类的特点得以突出，分类更具有针对性,再加以高程、坡度等地貌信息，提高分类精度。该分类法在新疆北部的植被分类中得到了应用，从NOAA影像中提出的NDVI为数据源，根据该植被区域特点，将研究区的植被区域划分为四个区，即：新疆阿勒泰草原区、昭苏区、西准噶尔区和东天山区。利用GIS软件将整个研究区的NDVI指数图像化分为四块子图，根据各个区域植被的特点，采用不同的分类标准,对四块子图分类。在此之后，再利用GIS软件将所有分类子图合并为整个区域的分类图。结果表明，该类方法可以大大提高NDVI指数的植被分类精度。     

2001-2010年中国地表比辐射率的时空变化(英文)

Land surface emissivity is one of the important parameters in temperature inversion from thermal infrared remote sensing. Using MOD11C3 of Terra-MODIS L3 level products, spatio-temporal data sets of land surface emissivity in China for 10 years from 2001 to 2010 are obtained. The results show that the land surface emissivity in the northwest desert region is the lowest in China, with little seasonal variations. In contrast, there are significant seasonal variations in land surface emissivity in northeast China and northern Xinjiang, the Qing-hai-Tibet Plateau, the Yangtze River Valley and the eastern and southern China. In winter, the land surface emissivity in the northeast China and northern Xinjiang is relatively high. The land surface emissivity of the Qinghai-Tibet Plateau region is maintained at low value from November to March, while it becomes higher in other months. The land surface emissivity of the Yangtze River Valley, eastern and southern China, and Sichuan Basin varies from July to October, and peaks in August. Land surface emissivity values could be divided into five levels: low emissivity (0.6163-0.9638), moderate-low emissivity (0.9639-0.9709), moderate emis-sivity (0.9710-0.9724), moderate-high emissivity (0.9725-0.9738), and high emissivity (0.9739-0.9999). The percentages of areas with low emissivity, moderate-low emissivity and moderate emissivity are, respectively, about 20%, 10% and 20%. The moderate-high emis-sivity region makes up 40%-50% of China’s land surface area. The inter-annual variation of moderate-high emissivity region is also very clear, with two peaks (in spring and autumn) and two troughs (in summer and winter). The inter-annual variation of the high emissivity region is very significant, with a peak in winter (10%), while only 1% or 2% in other seasons. There is a clear association between the spatio-temporal distribution of China’s land surface emissivity and temperature: the higher the emissivity, the lower the temperature, and vice versa. Emis-sivity is an inherent property of any object, but the precise value of its emissivity depends very much on its surrounding environmental factors.     

城市地域地表温度-植被覆盖定量关系分析--以深圳市为例

地表温度-植被覆盖间的关系一直是城市热岛研究的热点之一,两者均为描述生态系统特征的重要参数。本文利用深圳市2004年的ETM+影像,基于遥感技术提取相关的下垫面类型、地表温度和植被覆盖等信息,探讨不同下垫面类型对地表温度-植被覆盖关系的影响,并结合分形维度计算方法,比较不同分辨率下地表温度、植被覆盖及其相关关系的变化。研究结果表明,植被覆盖程度与地表温度之间存在明显的负相关,并且在不同的植被覆盖程度下,地表温度-植被覆盖关系呈现分段线性关系。下垫面类型及其组合主要通过植被覆盖的分布对地表温度产生影响。而在不同空间分辨率下(30m至960m),地表温度和植被覆盖的空间变异程度均表现为先升后降,在120m的分辨率下,两者的相关程度达到最高。结果证实区域植被覆盖状况可直接影响辐射、热动力以及土壤水分等多种地表特征,从而导致地表温度分异等。     

陆地植被净初级生产力研究进展

 植被的净初级生产力(NPP)反映了植物每年通过光合作用所固定的碳总量，目前NPP研究是全球变化研究的重要内容之一。本文综述了近年来国内外在全球和区域陆地植被NPP的研究现状，对遥感(RS)和地理信息系统(GIS)在NPP研究中的应用作了分析，并对国内外NPP研究的不足和发展趋势作了讨论。     

陆地表层系统分类研究进展——从土地类型到地球关键带类型

陆地表层系统是多圈层相互作用下形成的综合体,具有时空异质性和层次性。对陆地表层系统进行多层级类型划分是识别其空间分异格局和演替规律的重要方法,可为多尺度地球科学系统研究和自然资源统一管理提供科学依据。陆地表层系统分类其实质是在特定尺度下对其组成要素间的空间和关系的划分,故土地类型、地表基质、关键带类型等都可归纳为陆地表层系统分类方案。论文在对国内外典型陆地表层系统分类方案进行梳理的基础上,将陆地表层系统分类总结为探索—发展—完善3个发展阶段。继而,对比了各分类体系内涵,提出各分类体系虽分属不同学派,但均是以陆地表层系统为研究对象,是研究陆地表层系统结构、功能和空间分异的方法论;分析了各分类体系结构的异同,总结了各分类体系在层级、比例尺和要素方面的共同特征。在此基础上,提出构建一套从地块到国家的陆地表层系统分类设想,并对等级体系、分类体系及分类方法集成3个方面进行了展望。     

地理学视角下土地利用/覆被分类发展探讨

随着对地观测和互联网技术的发展,地理大数据时代正在到来,其多尺度、长时序、多模态等海量“超”覆盖数据为土地利用/覆被（Land Use/Land Cover, 简称LULC）分类及变化检测带来巨大的机遇,支撑着新时代人、地两大系统相互作用关系的认知和实践。然而,多数地理学者认为地理学基本原理与核心思想并未因为大数据的到来而发生本质性变化。所以,从地理学基本原理角度理解LULC分类的发展,尤其在地理大数据时代的发展方向,不失为一条可行的途径。为此,本文从区域、尺度、综合三方面的地理学基本原理视角将LULC分类技术的发展划分为地球观测数据匮乏阶段、人类行为数据融合阶段以及地理大数据“超”覆盖阶段分别探讨分析,以期主动把握LULC分类技术及应用的未来发展趋势。研究结果显示：在地球观测数据匮乏阶段,LULC分类多以类型还不丰富的遥感数据源,在空间分辨率较低的像元尺度上,进行以地表覆被状态为主的分类;发展到人类行为数据融合阶段,LULC分类在城市区域率先出现了对地观测数据和人类行为数据相融合,在街区尺度上进行以空间功能异质性划分、识别为主导的城市功能区分类;在地理大数据“超”覆盖阶段,LULC分类将实现多尺度协同、面向全空间的功能异质性划分,并在主体功能的基础上融合“社会-经济-自然”多维定量属性,本文称之为“空间场景”。希望本文的探讨能够为地理大数据时代LULC分类的新技术发展和新产品应用提供有益启示。