陆面过程模式对不同土壤物理性质的敏感性研究

使用NCAR陆面过程模式（LSM）和荷兰Cabauw1987的大气观测资料，考察了在11种不同的土壤条件下陆面过程模式所模拟的地表能量及水分循环的差异。结果表明，粘土含量较高的土壤具有较好的持水能力，蒸发量和径流量都比较大，而在含砂量高的土壤中，水分大量的下渗，蒸发量和径流量小，从而到地表热通量的分配，在不考虑大气反馈的情况下，各种土壤造成的差异主要出现在春季的4、5月份。     

气候模式中关键陆面植被参量遥感估算的研究进展

卫星遥感资料对于改善气候模式的强迫场,改进相关物理参数,提高数值模式模拟的准确性具有重要作用。目前,全球已经积累了多年的卫星遥感资料,并且已有多种陆面参量遥感产品。然而,卫星遥感资料在气候模式中的应用还非常有限。充分利用卫星遥感资料,对于提高气候模式模拟能力具有重要作用。选择植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)、叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和地表反照率(Albedo)3个关键陆面参量的遥感估算方法进行评述,并分析了陆面参量真实性检验的尺度转换问题,还以WRF(Weather Research and Forecasting model)为例,阐述了遥感估算的陆面参量应用于模式的表达方式。最后讨论了关键陆面参量遥感估算的不确定性和遥感参量应用于气候模式的尺度匹配等亟待解决的问题,并对这些问题的未来改进方向进行了展望。     

黄河源区河流阶地特征及源区黄河的形成

提要：本文通过对黄河源区河流阶地的系统测量和研究,认为黄河源区黄河阶地主要由堆积阶地组成,少量侵蚀阶地,阶地拔河高度低,阶面比较开阔平坦。黄河自源头至入扎陵湖段仅发育一级河流阶地,从鄂陵湖出水口至黄河乡段发育两级河流阶地,从黄河乡以下至久治县东段发育三级河流阶地。结合ESR测年结果,黄河源区河流阶地形成的时间主要为中更新世晚期—全新世,T1河流阶地的形成时代约为1万年;T2河流阶地的形成时代为5.8～1.9万年;T3河流阶地的形成时代为16.1～2.5万年。河流阶地研究表明,黄河在源区形成较晚,可能为晚更新世晚期。     

陆面过程中植被的描述及其卫星遥感反演——从定性描述向定量描述的发展

植被在陆面参数化方案(Land Surface Parameterizations, LSPs)中的描述经历着从定性描述向定量描述发展的过程.这一方面是由于陆面过程研究的深入,另一方面则得益于地表植被信息获取方式的进步,尤其是卫星遥感技术的发展.对三代LSPs中的植被描述做了简要概述,并介绍了卫星遥感在植被参数反演上的发展和应用情况.其中包括:①定性描述,主要指地表覆盖类型的描述方式;②部分参数定量描述,指SiB2等模式中对LAI等时空变化较大的少数参数由卫星资料直接反演的赋值方式;③植被特征连续分布(VCF)定量描述,一种完全定量的描述方式.     

陆面过程野外观测试验的进展

Progresses in field observational experiments, which are three large international programs at present，about land一surface process are introduced comprehensively in the paper. Major results obtamed by the HAPEX and the FIFE and some preliminary results by the HEIFE are reviewed. Some problems, which should further be solved，in the field observational experiments are pointed out.
     

干旱区陆面过程和大气边界层研究进展

干旱区陆面过程和大气边界层不仅与气候、生态、水资源密切相关,而且影响我国气候格局和东亚大气环流,是一个十分重要的研究领域,近20多年已取得了比较系统的研究进展.从干旱区陆面热力和水分过程特征、干旱区大气边界层结构特征、干旱区陆面过程参数及其参数化公式、非均匀下垫面大气边界层理论、干旱城市大气边界层特征与污染机理等方面归纳总结了干旱区陆面过程和大气边界层领域取得的部分研究进展.并且,认为科学试验的代表性、复杂下垫面的影响、尺度转化、地表能量不平衡、极端天气过程的相互作用、水分过程的复杂性等问题是干旱区陆面过程和大气边界层研究领域的突出问题和未来研究重点.     

陆面过程中植被的描述及其卫星遥感反演——从定性描述向定量描述的发展

植被在陆面参数化方案（Land Surface Parameterizations, LSPs）中的描述经历着从定性描述向定量描述发展的过程。这一方面是由于陆面过程研究的深入,另一方面则得益于地表植被信息获取方式的进步,尤其是卫星遥感技术的发展。对三代LSPs中的植被描述做了简要概述,并介绍了卫星遥感在植被参数反演上的发展和应用情况。其中包括：①定性描述,主要指地表覆盖类型的描述方式;②部分参数定量描述,指SiB2等模式中对LAI等时空变化较大的少数参数由卫星资料直接反演的赋值方式;③植被特征连续分布（VCF）定量描述,一种完全定量的描述方式。     

青藏高原西部陆面过程特征的模拟分析

利用1998年5月1日至9月18日狮泉河自动气象站(AWS)的观测资料作为强迫场,运用改进的陆面过程模式CoLM(Common Land Model),对青藏高原西部的陆面特征进行了模拟研究.结果表明,该模式能够较好地模拟出高原地区的陆面特征.在高原西部地表能量平衡过程中,感热通量占主要地位,潜热通量较小,但在高原西部的湿季,潜热通量也是不可忽略的.在5月及6月初表层土壤频繁的发生水分相变,使土壤在相变过程中不断地吸收和释放潜热.降水及土壤表层频繁的冻结-消融使地表有效通量(感热+潜热)发生变化.有效辐射中的感热、潜热的分配,即Bowen会发生变化,进一步影响到对大气的加热及大气水汽输送情况,大气状况的改变又反过来影响地表蒸散及土壤持水能力,使土壤水分状态和含量发生变化.     

陆面模式中土壤冻融过程参数化研究进展

土壤冻融过程在寒区水文和气候系统中有着重要作用。陆面模式中土壤冻融过程的参数化对模式的设计和模拟结果有着关键作用。通过对广泛应用的Bucket，SIB，BATS，VIC，BEAS， LSM等几种主要的陆面模式中的冻融过程参数化方案进行了总结和比较。首先，详尽地描述了土壤冻融与气候变化的数值模拟研究，总结和评述了土壤冻融过程对气候变化的作用。其次，对几种主要的陆面过程模式在土壤水热参数化方案中对冻融过程的考虑及其特点进行了比较和讨论。还对冻结深度和冻结周期的预报模式进行了简介，最后对该领域当前面临的主要研究问题进行了探讨和阐述。     

陆面过程与天气研究

陆面作为大气运动的下边界,通过动量、热量及物质交换与大气发生复杂的相互作用。陆面过程被认为是影响天气气候的关键过程之一。关于陆面过程对气候的影响已经开展了大量较为深入的研究,相比之下,针对陆面过程对天气的影响研究并没有受到足够的重视。近年来,陆面过程与天气研究也开始受到了越来越多的关注。本文从陆面基本要素、下垫面构成、陆面诱发的局地环流3个方面,回顾了土壤湿度、地形、土地利用、山谷-平原环流等要素和过程对强对流、暴雨、台风、高温热浪等天气事件影响研究的相关进展,以期为今后的研究提供参考。需要指出,尽管此方面的研究已取得了一定进展,但关于陆面过程对天气,尤其是极端(高影响)天气的影响及机制还有待深入研究,进而从陆面过程的角度来理解重要天气形成、发生和发展的机理,从而为数值模式发展和天气预报业务提供更有力的科学支撑。     

土壤温湿状况对黄河源区水循环过程的影响

众多研究表明黄河源区受气候变化影响,土壤活动层逐渐下降。土壤温、湿度是陆面过程及地球系统中的重要物理量,它们通过影响地表能量和物质交换而影响大气环流和降水等。利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式,选取2个典型年分别设计了2个控制试验和2个敏感性试验来探讨土壤初始状况变化对区域水循环的影响,通过再循环降水率定量描述不同气候背景下陆面对黄河源区水循环的影响,并尝试从环流角度进一步分析土壤初始状况改变对源区水循环影响的物理机制。结果表明：陆面对水循环的影响受大尺度环流背景场影响较大,较弱的环流背景下再循环降水率较强环流背景大5%左右。土壤初始状况对水循环要素有一定程度的影响。土壤初始温度升高/降低,水汽通量增多/减少,后期降水增大/减小。不同环流背景下,土壤记忆时间不同,在弱的环流背景下,土壤记忆时间要长,初始状况扰动可持续1～2个月。     

黄河源区基流变化及其植被响应研究

黄河源区是我国最大的自然保护区之一,但近年来存在一系列严重的生态环境退化现象。来自地下水的基流量的变化正是植被生长环境变化的直接反映,因此开展基流量变化研究对于高寒干旱区的生态环境变化规律认识与环境恢复都具有重要的科学价值。黄河源区地下水位变化对植被生长具有直接的影响,研究结果表明：1956-1998年来自地下水的基流量总体上呈现枯—丰—枯的变化规律,表明了源区地下水位呈现低—高—低的总体变化规律;源区的基流量与地表植被的生长之间具有良好的相关性,汛期降水之后,地下水对植被生长的影响逐渐增大。     

气候模式中关键陆面植被参量遥感估算的研究进展简

Satellite remote sensing data play an important role in the improvement of climate models forcing field, relevant physical parameters and simulation accuracy. At present, there are many years of satellite remote sensing data and a variety of products about land surface attributes. However, the application of satellite remote sensing data to climate models is still very limited. Fully using satellite remote sensing data is important to improving the simulation ability. In the paper, remote sensing estimates methods of three key land surface parameters including Fractional Vegetation Coverage（FVC）, Leaf Area Index（LAI）and surface albedo（Albedo）is reviewed and up or down scaling land surface variables in validation process is analyzed. Secondly, taking WRF（Weather Research and Forecasting）model as an example, three parameters in climate model are described. Finally, the key problems of using remote sensing data in climate models are discussed, which comprise the uncertainties and scales of remote sensing estimation parameters and the future direction is prospected.     

黄河源鄂陵湖地区辐射收支和地表能量平衡特征研究

利用2010年6-7月鄂陵湖野外试验的近地层观测数据,分析了在不同天气条件下黄河源鄂陵湖地区辐射分量、地表能量分量、土壤温度和反照率的变化特征. 结果表明：不同天气条件下,辐射和地表能量各分量日变化差异较大,晴天、阴天和雨天的地表反照率依次递减,平均反照率约为0.21;观测期内,平均辐射贡献从大到小依次为向上长波、向下长波、向下短波、向上短波,日积分值分别为31.4 MJ·m^-2、25.6 MJ·m^-2、22.4 MJ·m^-2、4.2 MJ·m^-2,净辐射(12.5 MJ·m^-2)占向下短波辐射的55.7%;平均地表能量和土壤温度的变化幅度较晴天小,感热、潜热、0 cm土壤热通量的平均日积分值分别占净辐射的21.2%、43.1%、8.2%;平均土壤温度变化幅度随深度增加逐渐减小,浅层土壤温度峰值较晴天低2 ℃,深层土壤温度相差不大. 云和降水的扰动削弱了向下短波辐射,导致平均感热通量和0 cm土壤热通量的峰值比晴天小,而平均潜热通量的峰值大于晴天. 由于湖泊水体巨大的热容量和水分供应,鄂陵湖地区的气温日较差较小,地表温度变化幅度变小,附近地表温度升高缓慢. 鄂陵湖区的地表能量平衡中,潜热通量占主导,感热和地表土壤热通量次之. 研究结果有助于理解气候变化背景下黄河源区湖泊的能量水分循环过程,为促进该地区光热资源的合理利用和畜牧业的可持续发展提供数据支持.     

黄河源区冻土对植被的影响

黄河源区由于近年来气候变化的影响,打破了高寒植被与冻土环境之间稳定的适应性关系,由此引发了一系列生态环境退化的现象.在黄河源区多年野外工作的基础上,定量分析了冻土与植被之间的关系.研究表明:多年冻土埋深通过影响浅层土壤含水量影响植被生长的,多年冻土的埋深与浅层土壤含水率和植被的覆盖率具有良好的相关性规律.冻土埋深<2 m时,冻土埋深决定浅层土壤含水率,成为影响植被的生长主要因素;埋深>2 m时,冻结层上水水位低、补给量少,冻结层上水水量小,毛细上升高度不能达到植被根系分布的浅层土壤中,植被生长环境干旱化,多数植被生长受限制,这时只有少量根系发达的耐旱植被存活,覆盖率小,一般不超过35%.因此,2 m的多年冻土埋深为“生态冻土埋深”.近20 a来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化,形成深埋的或少冰的冻土等现象;部分地带完全融化消失,连续多年冻土变成不连续冻土或岛状冻土.多年冻土退化后,土壤含水量减少,导致植被物种更替、“黑土滩”等退化现象.     

黄河源区气候变化的环境效应研究

以黄河源区气象台站的降水和气温资料以及玛多、达日、玛曲、唐乃亥和兰州水文站的径流资料为基础, 分析研究了该区降水、气温、水文变化趋势, 并对研究区的土地利用现状变化及原因进行了探讨. 结果表明: 在年代际变化趋势上, 黄河源区气温总体上呈升温态势, 降水呈减少趋势, 径流量也表现为减少趋势.土地利用现状的变化表明人类活动对研究区生态湿地的干预增强.自然因素和人类活动的综合作用, 使得黄河源区生态环境进一步恶化, 亟需进行人工干预, 保护和改善黄河源区生态湿地环境.     

黄河源区多年冻土退化及其环境反映

基于黄河源区多年冻土退化引起的生态环境地质问题与效应的实际资料, 明确了多年冻土的生态环境功能和多年冻土退化引起的危害. 提出多年冻土退化使赋存于高寒草地和维系高寒草地生长发育的多年冻土表部的冻结层地下水水位持续下降或消失, 从而引发和加剧了高寒草地的"三化"(草地退化、沙漠化和盐渍化)和水环境变异, 是导致黄河源区占主导地位的高寒草甸失水向沙漠化草地和"黑土滩"型次生裸地退化的主要地质原因.