MODIS BRDF/Albedo数据在中国温度模拟中的应用

地表反照率直接影响地表辐射平衡,进而改变当地温度(2 m气温,下同),然后还可能通过大气平流过程影响下游地区的温度。为揭示利用实时更新的地表反照率替换WRF (Weather Research and Forecasting) 模式的静态地表反照率对中国大陆温度模拟结果的影响,本文进行了两组为期6 年(2002-2007 年) 的连续积分试验：控制试验(CT试验) 采用短波波段地表反照率,取自WRF模式推荐的地表参数数据集;敏感试验(MD试验) 采用分波段的(可见光和近红外) 地表反照率,取自MODIS BRDF/Albedo数据产品。试验结果表明,CT试验能够模拟中国温度的基本空间格局,但是模拟温度相对于观测温度有明显偏差,青藏高原南部的模拟温度偏低(负偏差),最大偏低幅度为1.03oC,出现在秋季,东部地区的模拟温度偏高(正偏差),最大偏高幅度达3.4oC,出现在春季;MD试验模拟结果的正、负偏差格局与CT试验基本相似,但是与CT试验相比,MD试验模拟的青藏高原南部温度的负偏差更大,最大为1.32oC,而模拟的东部地区温度的正偏差明显减小,最大为2.97oC,这说明MD试验比CT试验模拟的温度普遍偏低。在青藏高原,这主要归因于MD试验比CT试验的地表反照率大,使得地表净辐射少,地表感热少,致使温度偏低;在中国东部的黄淮海至江南丘陵区,这主要归因于MD试验中北方蒙古高原的地表反照率比CT试验的大,使得MD试验中该地区的地表净辐射少,地表感热少,温度低,然后通过南下冷平流过程致使位于其下游的黄淮海至江南丘陵区温度降低。     

基于MODIS日地表温度产品的兰州市热岛效应特征

由于MODIS 8 d地表温度产品和Landsat热红外波段很难准确反映地表温度的日变化,这导致由此得到的热岛效应结果不够准确,因此利用MODIS日地表温度产品1天4次的数据来分析长时间段上的热岛效应变化和已有将日地表温度转换成月和年地表温度的算法得到月和年地表温度值,以兰州市为实验区分析了2002-2015年兰州市的热岛变化特征,结果表明：兰州市热岛效应总体上处于增长趋势,2002-2009年波动变化,2010-2015年平稳增加。空间上由中部逐年向北部永登县和皋兰县方向扩展;兰州市热岛的月变化特征分为两个部分,1～5月呈“人”字形变化;6～12月整体下降,空间上表现为东北和西南向条带中心紧缩;兰州市热岛季节变化表现为：夏季>春季>秋季>冬季,空间上在兰州的中心位置以及延伸至榆中县的东南角高温区面积增减。研究表明MODIS日地表温度产品能更加准确地评价区域尺度热岛效应的演变特征。     

气候变化背景下天山区域地表反照率特征分析

气候变化背景下地表反照率的变化能够深刻影响整个陆-气系统的能量收支平衡,引起区域以至全球的生态环境发生变化。基于2001-2013年16 d合成的MODIS/MCD43A3等数据,结合均值分析、斜率分析以及相关分析等研究方法,对气候变化背景下天山区域地表反照率时空变化特征进行分析。在空间分布上,近13 a来天山区域年均地表反照率达到0.217,伊犁河谷地区及天山北麓地表反照率较高,山区地表反照率较低,空间上呈交叉分布的特点;在时间分布上,研究区年均地表反照率缓慢增加,季节性差异明显,地表反照率秋季最高、春季最低,冬、春两季地表反照率波动强于其他季节;近13 a来地表反照率与气候因子之间存在较为明显的响应关系。年均地表反照率随着4、12月份气温的增加不断减小,随着7、8月份降水的减少而明显增加,与同期气温、滞后1月降水之间存在显著相关。     

近30 年来呼伦贝尔地区草地植被变化对气候变化的响应

基于1981-2006 年的GIMMS NDVI数据和2000-2009 年的MODIS NDVI数据反演呼伦贝尔地区草地变化,结合1981-2009 年该地区7 个气象站点的气温和降水数据,分别从年际变化、季节变化和月变化角度分析该地区草地变化对气候变化的响应。结果表明,从年际变化来看,降水是驱动草地植被年际变化的主要因素;从季节变化来看,草地植被生长在不同季节对水热条件变化的敏感性不同,春季草地植被生长对气温变化的敏感性较降水变化高,夏季和秋季草地植被的生长对降水变化的敏感性则高于对气温变化的敏感性,其中以夏季最为显著;从月变化来看,4 月和5 月草地植被变化受气温变化影响较明显;5-8 月与前一月降水变化关系密切,说明植被生长对降水变化具有一定的滞后性;4 月正值草本植物萌芽期,而4 月份草地生长与年气温变化关系最为密切,一定程度上说明4 月份表征植被生长的NDVI值增加可能是由于气候变暖引起的草地植被生长季提前产生的。综上所述,通过植被与气候要素月变化的关系可以具体地揭示气温和降水对草地植被生长的季节韵律控制。     

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。     

2000—2017年中国区域地表反照率变化及其影响因子

在全球气候变暖的背景下,地表反照率已成为地表辐射平衡和气候研究的重要参数之一。利用中国陆地生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network,CERN）提供的34个站点辐射数据、GLASS地表反照率产品、ERA-Interim再分析资料、MODIS EVI（MOD13A3）和中国气象数据共享网提供的气象数据,基于Sen's Slope趋势分析方法,分析不同生态系统地表反照率的变化特征;利用全子集回归和分层分解方法计算地表反照率与各要素之间的相关性和相对重要性;探讨各气候因子对地表反照率的影响。结果表明,2000—2017年裸土地和裸岩砾石地变化率最大,冬季斜率达-0.083% yr^-1。生长季地表反照率与降水、增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）、土壤水分和气温显著相关的像元分别占总像元的73%、79%、56%和86%。EVI是干旱和半干旱地区地表反照率变化的主导因素,其对地表反照率变化的独立贡献率分别为41%和56.18%。7月东北地区降水量和气温对地表反照率的影响大约滞后2个月;内蒙古沙漠地区和长江中下游平原土壤水分对地表反照率的影响大约滞后1~2个月。     

基于MODIS数据的陕西省地表温度的空间分布研究

由热红外波段获得的影像是地物发射的热辐射量的直接记录,可用于地面温度和热量空间分布的动态监测。本文利用MODIS数据可见光波段b1、近红外波段b2和中红外波段b19,获得所需要的两个基本参数：地表比辐射率与大气透过率;然后对于热红外波段b31、b32,运用劈窗算法反演出陕西省地表温度：并与陆面实际状况进行了对照分析。结果表明,这一方法能获得较合理的地表温度,符合陕西省实际地表状况;另外也为应用MODIS热红外波段数据进行大范围实时监测地表温度提供了新的途径。     

基于地理探测器的北京市地表反照率时空分异及其驱动因素研究（英文）

地表反照率直接影响着辐射平衡和地表热收支,是地球-大气系统研究中的关键因子。本文研究了2015年北京市地表反照率的时空分布特征,并基于地理探测器定量分析了地表反照率空间分异的驱动因素及其交互作用。结果表明:北京市地表反照率呈东南高、西北低的趋势;冬季变化最大,春季变化最小;年地表反照率最小值出现在秋季,最大值出现在冬季,具有显著的时空异质性。土地覆盖类型、NDVI、高程、坡度、温度和降水对地表反照率的空间分异均有显著影响,影响力分别为0.537、0.625、0.512、0.531、0.515和0.190;且一些驱动因素对反照率空间分布的影响存在显著差异。任意两种驱动因素之间均存在交互作用,表现出双变量增强的结果。其中,地表覆盖类型与NDVI的交互作用最大,影响力为0.710,而温度与降水的交互作用最弱,影响力为0.531。研究结果为了解北京市地表反照率的时空分布特征以及区域气候和陆面模式中能量模块的物理过程提供了科学依据。     

利用MODIS可见光波段反演陆地气溶胶光学厚度

利用Herold等建立的地表反射率库及MODIS遥感影像研究城市区和非城市区典型地物在可见光红蓝波段地表反射率的比值特性。在此基础上,利用MODIS 1km分辨率遥感影像红蓝可见光波段实现了气溶胶光学厚度的反演,采用卫星过境时间前后半小时北京和香河AERONET站的气溶胶光学厚度观测平均值作为验证参考。结果显示,66.67%的反演结果处于±0.05±0.15τ的误差界限内,反演算法不受地表反射率的限制,而且只利用了可见光红蓝波段,避免缺少近红外波段数据的限制。     

艾比湖流域NDVI变化及其与降水、温度的关系

利用2000—2012年MODIS-NDVI数据,结合34个气象站同期的降水与温度数据,分析13年间艾比湖流域NDVI变化趋势及其对降水和平均温度变化的响应特征。结果表明:(1)13年间,艾比湖流域NDVI总体呈上升趋势,NDVI极显著(p0.01)增加区和显著(p0.05)增加区主要分布在核心绿洲及其边缘地区;NDVI变化不显著(p0.05)区域占研究区总面积的64.25%;(2)降水与NDVI的显著和极显著线性相关区域分别占研究区的33.27%和2.66%,主要分布在温泉县、博乐市及托里县南部;温度与NDVI的显著和极显著线性相关区域分别占研究区的11.35%和0.30%,主要分布在博乐市以东区域;(3)从年际变化水平来看,偏相关系数和线性相关分析结果均表明,NDVI总体上与年降水量呈正相关,而与平均温度呈负相关,降水对NDVI的影响明显高于平均温度;从月际变化水平来看,艾比湖流域NDVI变化对降水的滞后期为一个月,而对于平均温度滞后现象则不明显,可能是NDVI时间尺度选择过大造成的;NDVI与月序列平均温度的相关系数明显高于与降水的相关系数,说明在月际水平上温度对植被生长的作用大于降水。     

中国锡林郭勒草原沙漠化的沙源及其地质学成因

从沉积学的角度分析了锡林郭勒草原沙漠化的地质背景和沙源。锡林郭勒草原直接覆盖在早白垩世二连盆地之上。该盆地各凹陷演化的生命周期完整,同沉积期构造演化结束于基底沉降减缓阶段末,而沉积充填演化结束于湖泊萎缩-平原化阶段,随后一直处于缓慢隆升状态。这样的盆地演化史,导致充填序列上部广泛发育了湖退体系域——厚度巨大且固结程度极低的河流-三角洲砂体。人为因素和气象因素破坏了草原植被,使这些规模巨大的砂体露出地表,造成草原沙漠化基础。显然,地质环境的脆弱性是生态环境脆弱性的决定因素。因此从某种意义上说,锡林郭勒草原沙漠化也是一种地质灾害。如果不进行有效的治理,将会出现大规模沙漠化。这种类型的沙漠化在中国华北、西北和东北乃至世界各地具有普遍性。     

Land Resource Carrying Capacity in Xilin Gol Grassland Transects: A Perspective on Food Nutritional Demand

Food safety is an important issue for the development of the national economy and society. Studying regional food supply and demand from the perspective of land resource carrying capacity can provide new references for regional resource sustainability. This study uses the data from farmer and herdsmen household questionnaires, statistical data, land use data, and other sources to construct a land resource carrying capacity (LCC) assessment framework, targeting the food supply and demand of residents in representative areas, specifically the typical grassland pastoral areas, sandy pastoral areas and agro-pastoral areas on the Xilin Gol grassland transects. The three food nutritional indicators of calories, protein and fat were selected for analyzing the balance of land resource carrying capacity. We found that: 1) Along the Xilin Gol grassland, the main local food supply showed a shift from meat and milk to grains, vegetables and fruits. 2) From north to south along the grassland transects, the calorie intake increased gradually, while the intake of protein and fat was highest in pastoral areas and lowest in agricultural areas. 3) The overall land resource carrying capacity of the Xilin Gol grassland transects was in a surplus state, but the land carrying capacity of typical grassland pastoral area was higher than the two other types of areas. This study provides an empirical reference for the sustainable development of regional food nutrition.     

Simulation of soil erosion dynamics in grassland ecosystem of semi-arid China using the CENTURY model

1 IntroductionAmong the natural disasters frequently occur in local and regional scales, soil erosion causes a serious impact on global natural resources and eco-environment. In China, the soil eroded area covers 38.26% of the total country's area, of which water erosion is 48.77%, wind erosion accounts for 51.22% and annual soil erosion amount totals five billion tons, accounting for 10 % of the whole world. Of the factors cause soil erosion and disasters such as floods, windstorms, landform,…     

内蒙古温带草原典型草地生态系统生产力对水分在不同时间尺度上的响应

水分是干旱、半干旱区草地生态系统生产力的主要限制因素,但水分如何影响生产力的季节内变异,以往研究相对不足。本研究以内蒙古温带典型草原为研究对象,基于多通道自动原位监测箱系统获得的生态系统日尺度总初级生产力(GPP)及遥感植被归一化指数估算年尺度的地上净初级生产力数据,在不同时间尺度上研究了水分对生产力的影响。结果表明:年降水量对该典型草原草地生态系统地上净初级生产力年际变异无显著影响,但土壤水分显著影响GPP的季节变异,土壤水分解释了GPP季节变异的22%;其他环境因子对生产力的季节变异也有一定影响;温度是生态系统处于干旱时GPP的主要限制因素,GPP随温度的升高而降低;而辐射是生态系统处于湿润时GPP的主要限制因素,GPP随辐射的升高而升高。本研究结果将有利于提升未来降水格局改变对草地生态系统生产力影响的认识。     

Intra-annual variability of satellite observed surface albedo associated with typical land cover types in China

Surface albedo is a primary causative variable associated with the process of surface energy exchange. Numerous studies have examined diurnal variation of surface albedo at a regional scale; however, few studies have analyzed the intra-annual variations of surface albedo in concurrence with different land cover types. In this study, we amalgamated surface albedo product data (MCD43) from 2001 to 2008, land-use data (in 2000 and 2008) and land cover data (in 2000); quantitative analyses of surface albedo variation pertaining to diverse land cover types and the effect of the presence/absence of ground snow were undertaken. Results indicate that intra-annual surface albedo values exhibit flat Gaussian or triangular distributions depending upon land cover types. During snow-free periods, satellite observed surface albedo associated with the non-growing season was lower than that associated with the growing season. Satellite observed surface albedo during the presence of ground snow period was 2-4 times higher than that observed during snow-free periods. Surface albedo reference values in typical land cover types have been calculated; notably, grassland, cropland and built-up land were associated with higher surface albedo reference values than barren while ground snow was present. Irrespective of land cover types, the lowest surface albedo reference values were associated with forested areas. Proposed reference values may prove extremely useful in diverse research areas, including ecological modeling, land surface process modeling and radiation energy balance applications.     

锡林郭勒草原生态恢复工程效果的评价

针对锡林郭勒草原的严重退化, 近年来启动了草原生态恢复工程, 但工程实施的效果由于范围广、时间短而很难予评价。利用锡林郭勒草原地区1999~2004 年的SPOT-VGT 10 天最大值合成NDVI 时间序列数据, 在求得各年NDVI 年最大值(NDVImax) 的基础上, 通过搜寻各像元邻域内NDVImax 的最大值以及与之相应的气候因子, 建立起了像元尺度上的气候-植被生长基准响应模型, 并以此为依据运用相对残差趋势法识别出了处于恢复阶段的草原区域。 最后, 将遥感监测结果与羊单位统计资料进行对比分析, 结果发现, 在县级行政区域尺度上的平均恢复趋势与基于羊单位和NPP 构建的放牧压力趋势具有较好的反比例关系, 初步证明了该方法在时间序列较短情况下的有效性。     

30年来呼伦贝尔地区草地植被对气候变化的响应(英文)

Global warming has led to significant vegetation changes especially in the past 20 years. Hulun Buir Grassland in Inner Mongolia, one of the world’s three prairies, is undergoing a process of prominent warming and drying. It is essential to investigate the effects of climatic change (temperature and precipitation) on vegetation dynamics for a better understanding of climatic change. NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), reflecting characteristics of plant growth, vegetation coverage and biomass, is...     

1982~2013年青藏高原高寒草地覆盖变化及与气候之间的关系

利用GIMMS NDVI数据和地面气象站台观测数据,对青藏高原1982~2013年高寒草地覆盖时空变化及其对气象因素的响应进行研究,结果表明：青藏高原高寒草地生长季NDVI表现为从东南到西北逐渐减少的趋势,近32 a来,整个高原草地生长季NDVI呈上升趋势,增加速率为0.000 3/a (p<0.05);高寒草地生长季NDVI年际变化具有空间异质性,整体为增加趋势,呈增加趋势的面积约占研究区域面积的75.3%,其中显著增加的占26.0% （p<0.05）,类型主要为分布在青藏高原东北部地区的高寒草甸;比例为4.7%,草地类型主要为高寒草原,主要分布在高原西部地区;基于生态地理分区的分析显示,青藏高原草地与降水、温度的相关关系具有明显的空间差异,高寒草地生长季NDVI均值与降水呈显著正相关,对降水的滞后效应显著;高原东北部温度较高,热量条件较好,降水为高寒草地生长季NDVI变化的主导因子;东中部地区降水充沛,温度则为高寒草地生长的制约因子;南部地区降水和温度都较适宜,均与高寒草地生长季NDVI相关性显著(p< 0.05),共同作用于草地的生长;中部和西部地区,气候因子与高寒草地生长季NDVI关系均不显著。     

北纬地区温度和卫星监测的植被活动节律变化的比较分析(英文)

Plant growth at northern latitudes is highly responsive to the climatic changes that have occurred over recent decades. However, the sensitivity of the phasing of the seasonal cycle of terrestrial ecosystems to a changing environment remains less widely understood. We present an investigation and comparative study of large-scale changes in seasonal cy-cling of both land surface temperature and plant growth. Our results have shown trends in-dicating a marked increased towards overall plant productivity by ~3% from 1982 to 2005, reduced trends in seasonal variation at low-mid latitudes by ~2%, increased trends in sea-sonal variations at mid-high latitudes by ~7%, and an earlier phase in northern terrestrial ecosystems (~1.1 days) in parallel with changes in the phasing of surface temperatures at northern latitudes over the 24 years in this study. These shifts in annual cycles of terrestrial vegetation appear to have a distinct geographical zonality and are dependent upon latitudinal changes in climatic variables. More conspicuous changes in overall vegetation productivity and the seasonal phase of ecosystems have been observed in Eurasia compared to North America, largely because of a more rapid rise in temperature. Our results state that changing climate boosts plant growth at northern latitudes, but also alters the phase and seasonal variations of the annual cycle of terrestrial ecosystems.