伊洛河流域土地利用/覆被变化格局分析

科学认识流域土地利用变化及其特征可以为流域水文变化、水环境变化、气候变化等研究提供基础。以1970—2010年伊洛河流域5期遥感影像数据为基础,利用GIS信息技术与空间分析技术,得到不同时期伊洛河流域土地利用/覆被特征,选取土地利用变化率指数、土地利用综合指数和土地利用动态度模型3个指标,分析了近40a来研究区的土地利用/覆被变化特征。结果表明,伊洛河流域土地利用以耕地为主,其次为林地。研究区土地利用处于发展期且土地利用变化处于快速变化水平,随着城镇化面积的逐年增加,流域耕地面积从1990年以后逐年减少,城镇工矿居民用地不断增加,其他如林地、草地和未利用面积变化基本保持不变。从不同的发展阶段来看,1970—1990年间,土地利用/覆被变化不太显著;1990—2000年流域土地利用变化以城镇工矿居民用地增加为主要特征;2000—2005年流域土地利用变化以耕地减少为主要特征;2005—2010年土地利用变化程度较2000—2005年有减缓趋势,但仍然呈现耕地减少、城镇工矿居民用地增加的特征。从不同的高程带来看,洼地和丘陵地带土地变化较剧烈,变化的主要特征为耕地减少、城镇工矿居民用地增加,而中山和高山地带,因为人类活动影响较小,土地利用情况变化很小。     

近12年陕北能源化工基地土地利用动态变化分析

采用1997、2004、2007和2009年的Landsat TM影像,利用遥感监督分类方法得到4期陕北能源化工基地土地利用信息,通过GIS空间分析以及数理统计分析方法,得到1997—2004年、2004—2007年和2007—2009年3个时段的土地利用变化的数量、速率、幅度、空间分布格局等相关变化特征。结果表明:陕北能源化工基地耕地经历了先减少后略微增加的过程;草地经历了前期增加,中期、后期减少的过程;林地则是处于持续增加的状态,表现为前期显著增加,中后期增加速率减慢;同时12a间土地利用格局发生显著变化,1997年的耕地所占比例为38.6%,是主导类型,2009年的草地成为了主导类型,占33.8%。监测的4个年份,耕地、草地、林地、未利用地都是土地利用变化的主导类型,土地利用类型的变化主要表现为耕地、草地与其它土地利用类型间的相互转化。     

1993～2003年郑州市土地利用/覆被变化特征研究

以河南省郑州市为例,利用RS、GIS软件对1993年和2003年两时次TM、ETM 影像进行遥感解译,采用GIS空间分析和数理统计分析等方法,研究了10 a来该市土地利用变化过程尤其是土地沙化的变化过程及其社会经济驱动机制。结果表明:10 a来,西部山区、东部沙化地区以及黄河沿岸地区土地利用类型的变化比较大,特别是东部地区用地变化比较剧烈;旱地、草地、工交建设用地面积明显增加,沙化土地、水田、林地、水体面积呈现减少的趋势;沙化现象得到了有效遏制,草地面积的增加,改善了研究区的生态环境。此外,林地面积的大量减少,应引起重视,可实行退耕还林或植树造林以建立良好的生态环境。     

1993～2003年郑州市土地利用/覆被变化特征研究

以河南省郑州市为例,利用RS、GIS软件对1993年和2003年两时次TM、ETM 影像进行遥感解译,采用GIS空间分析和数理统计分析等方法,研究了10 a来该市土地利用变化过程尤其是土地沙化的变化过程及其社会经济驱动机制.结果表明:10 a来,西部山区、东部沙化地区以及黄河沿岸地区土地利用类型的变化比较大,特别是东部地区用地变化比较剧烈;旱地、草地、工交建设用地面积明显增加,沙化土地、水田、林地、水体面积呈现减少的趋势;沙化现象得到了有效遏制,草地面积的增加,改善了研究区的生态环境.此外,林地面积的大量减少,应引起重视,可实行退耕还林或植树造林以建立良好的生态环境.     

城市化进程对珠江三角洲地区气温变化的影响

根据1979—2010年珠江三角洲24个气象站的气温观测数据以及NCEP/NCAR R1地表气温再分析月资料,运用OMR（observation minus reanalysis）方法分析了珠三角地区平均气温、平均最高气温、平均最低气温的年、季变化趋势。研究结果表明,过去32年珠三角大部分地区呈增温趋势,年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的OMR趋势分别为0.22/10a、0.19℃/10a、0.23℃/10a,对珠三角地区观测气温增暖的贡献率分别为55.7%、41.7%、57.2%;四季OMR增温趋势冬季最大,夏秋季较小。城市化对区域平均最低气温的影响比对平均最高气温的影响更大。     

江西省社会经济数据和土地覆盖时空差异演化

基于江西省遥感影像数据和统计年鉴资料,利用地理信息系统技术(GIS),分析江西省1990—2020年社会经济和土地利用类型的时空差异,以摸清人口、经济和土地利用类型的逐年变化情况。结果表明：1)江西省GDP和人口快速增长,尤其是末期较初期GDP增长了近60倍,经济发展不平衡矛盾减弱。2)以南昌市为中心的环鄱阳湖区域在江西省经济发展中占据主导地位,部分设区市出现不同程度的经济热点区。3)江西省人口与GDP时空变化具有一定的相似性,人口分布密度高的区域GDP相对较高,反之亦然。4)江西省耕地、林地面积总和约占全省国土面积的90%。城乡建设用地面积变化最大,这与社会经济发展有明显关系,各种土地利用类型综合变化速率由大到小依次为城乡建设用地、草地、未利用地、耕地、水域、林地。     

延安丘陵沟壑区土地利用类型坡度分异研究

选取典型黄土高原丘陵沟壑区的延安市宝塔区,利用遥感和地理信息系统技术,通过监督分类方法得到1997～2004年间该地区的土地利用分类图,并结合DEM(数字高程模型)坡度信息,分别提取1997年、2004年的坡耕地、坡林地、坡草地和坡园地数据,对该地区土地利用类型变化及坡度分异进行深入分析.结果表明:①在1997～2003年,耕地面积减少了33.1%,林地增加了10.1%、草地增加了20.6%、果园面积增加了33.3%,使该区域生态环境整体得到改善;②耕地减少的面积主要集中发生在坡耕地部分,其中坡度大于等于35°、25°～35°这两个等级减少的幅度最大,坡度大于等于35°减少了55.5%,25°～35°减少了51.2%,减少的坡耕地,基本上都是转变成了坡林地、坡草地、坡园地.耕地总面积减少的同时,基本农田(可灌溉)所占比例是增加的.该研究区"退耕还林(草)"工程的实施已经取得了初步成效.     

夏季白天中国中东部不同类型云分布特征及其对近地表气温的影响

本文利用2001～2017年ERA5再分析资料以及CERES卫星资料,探究夏季白天中国中东部不同类型云的云量及其光学厚度的时空变化特征,并利用一维辐射对流模式定量分析不同类型云对近地表气温的影响。观测结果表明:夏季白天中国中东部总云量及其光学厚度整体呈由南向北逐渐减小的分布特征,且中高云量占主导地位。总云量整体呈?0.3% a?1显著减少趋势,其中低云的贡献（?0.27% a?1）最大;总云光学厚度为0～0.1 a?1增加趋势,其中低云光学厚度（0.06 a?1）和中低云光学厚度（0.03 a?1）呈增加趋势,而中高云光学厚度（?0.08 a?1）和高云光学厚度（?0.03 a?1）呈减少趋势。模式结果表明:四种不同类型云的温度效应（Cloud Effect Temperature, CET）均为负值,表现为降温效应。低云、中低云、中高云和高云的年均CET值分别为?2.9°C、?2.7°C、?2.2°C和?1.7°C。其中,低云在华北平原降温可达?5°C;中低云和中高云在四川盆地和云贵高原降温可达?7.8°C。不同类型云温度效应与近地表气温的年际变化具有较好的一致性,具体表现为:2004年前（后）近地表气温呈现下降（上升）趋势,不同类型云的CET在此期间呈下降（上升）趋势,表现为云的降温效应增强（减弱）与近地表气温下降（上升）相对应,体现了夏季白天中国中东部4种不同类型云温度效应与近地表气温都呈正相关关系。特别地,夏季白天中国中东部中高云量占主导地位,其CET与近地表气温的相关系数高达0.63。综上,夏季白天中国中东部不同类型云温度效应对近地表气温的影响不同,但均呈正相关关系。定量分析不同类型云对近地表气温的影响可以为定量研究云反馈对区域增暖的作用以及合理预估未来区域增暖情景提供必要的科学参考。     

1.5°C与2°C温升目标下“一带一路”主要陆域气温和降水变化的CMIP6多模式预估

基于CMIP6的16个全球模式试验数据,多模式集合预估了《巴黎协定》1.5°C/2°C温升目标下“一带一路”倡议的主要陆域未来气温和降水变化。与观测相比较,多模式集合能够比较准确地刻画“一带一路”主要陆域1995～2014年气温和降水的空间结构特征。在SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5三种不同路径情景下,相对于工业革命前（1850～1900年）,全球升温1.5°C与2°C分别将发生在2020年代中后期与2040年左右。全球1.5°C与2°C温升目标下,预计“一带一路”陆域平均的气温分别显著升高1.84°C和2.43°C,两者相差0.59°C,模式间标准差分别为0.18°C和0.21°C;区域平均的降水分别显著增加20.14 mm/a和30.02 mm/a,相差9.88 mm/a,模式间标准差分别为10.79 mm/a和13.72 mm/a。两种温升目标下,“一带一路”主要陆域气温空间上均表现为一致性显著增暖,高纬度的增温幅度普遍比低纬度大;降水变化具有明显的空间差异性,地中海与黑海地区、中国南部至中南半岛地区减少,其他地区的降水普遍增加。P-E指数表征的干旱化未来在欧洲地区、中国南部至中南半岛地区、南亚印度东部地区、东南亚和赤道非洲中部地区达到最大。     

中国北部积雪区冬季地表温度和2m气温再分析数据评估

利用2011-2016年冬季中国东北内蒙古及北疆地区251个站点逐日0 cm地表温度和2 m气温数据,对ERA5、MERRA2、JRA55、CRA-interim和CFSR五套再分析数据的地表温度和气温进行评估,并使用MOD10C1对有无积雪覆盖时地表温度的偏差进行了分析。结果表明,再分析气温的精度较高,各再分析气温的整体偏差分布在-1～1℃,北疆地区适用性稍差;再分析地表温度精度明显降低,除ERA5整体偏差为-0. 34℃外,再分析地表温度表现为明显低估;再分析地表温度的偏差与土地利用类型有关,林地地区的地表温度冷偏差最大,草地地区偏差最小;再分析地表温度在有雪时低估更为严重,林地和耕地地区表现明显;相对于地表温度偏差本身,积雪的影响不大,陆面模式对于积雪区冬季林地地区的模拟亟待提高。     

陆气相互作用及陆面模式的研究进展

较为全面地回顾了有关陆气相互作用的研究进展及陆面模式的发展现状，结合近年来开展的有关陆气相互作用的20多个大型国际研究计划和目前国内外具有代表性的陆面模式，分析了当前陆气相互作用及陆面模式研究中存在并有待进一步解决的问题，探讨了未来陆面模式的发展趋势。     

陆面过程模式BCC_AVIM中地表覆盖数据现状

地表覆盖是陆面和气候模式中的一个重要基础数据。以陆面过程模式BCC_AVIM为例,介绍模式中的地表覆盖数据变量、数据分辨率、不同类型数据的来源,重点比较分类方法差异巨大且类型众多的植被覆盖。综述比较了国际和国内常用的几套全球地表覆盖数据的来源、分类系统和分类方法以及空间分辨率,根据陆面过程模式的地表覆盖数据需求,确定不同全球土地覆盖数据在模式中的应用方法,讨论分析了全球地表覆盖产品在模式应用中存在的差距,提出不同遥感数据产品之间一致性较差的可能解决方案,探讨遥感数据产品在模式中应用的可能方式,以期更好地发挥全球地表覆盖数据产品的作用。     

基于陆面模式基准平台ILAMB对陆面模式CoLM的评估

模式评估是模式发展中不可或缺的重要一环。本文利用最新版陆面模式评估软件—ILAMB（International Land Model Benchmarking）对通用陆面模式 (The Common Land Model, CoLM)进行客观评估,并与NCAR陆面模式CLM5(Community Land Model version 5)结果进行比较。作为一个陆面模式评估软件,ILAMB能对参与评估的模式变量自动生成诊断图形并对模式性能进行评分。评估结果表明,CoLM总体性能良好,模拟结果与基准数据较为接近。与CLM5相比,CoLM在总初级生产力及水文方面的表现略微逊色,在辐射方面则表现相当,对部分变量如地表向上长波辐射、地表净辐射等的模拟甚至优于CLM5。通过对比CRUNCEPv7和GSWP3v1两种强迫资料发现,它们在气候平均态上具有一定的差异,模式在GSWP3v1强迫下的表现相对较好。CoLM和CLM5在CRUCNEPv7强迫下模拟的潜热通量在亚马逊平原、亚洲东部和南部地区以及北美东部一带正偏差显著,而在GSWP3v1强迫下的模拟则有明显改善。这两个模式对感热通量的模拟在非洲北部、亚洲中部一带均明显偏高。在辐射方面,CoLM模拟的地表向上短波辐射在全球以偏高为主,这在一定程度上造成了地表净辐射的模拟偏低。各组试验模拟的地表向上长波辐射得分相差不大,但在具体的空间分布上有一定的差别。     

CoLM模式地表温度变分同化研究

本文采用变分方法对通用陆面模式 (CoLM) 中的地表温度进行同化.同化伴随约束条件采用CoLM模式中的地表及植被能量平衡方程,调节因子采用裸土及植被蒸发比.采用美国通量网 (AmeriFlux) 中的Bonville站数据对同化方法进行了单点验证,验证结果表明同化后地表温度以及蒸散结果更加接近于实测值.选取中国华北地区对同化方法进行区域验证,结果显示每天仅采用白天一次观测值对地表温度进行同化的方法是有效的.通过对同化前后地表温度误差直方图比较可以发现,在有MODIS观测值的区域,同化后白天地表温度误差大大降低,同时,同化后地表蒸散空间分布图也发生了变化.单点验证以及区域验证结果都表明了变分同化方法是可靠的.变分同化方法可以改进陆面模式模拟结果,对于地表过程研究中的植被生态、水文等研究具有重要意义,同时,陆面模式可以与数值预报模式进行耦合,改进数值预报结果.     

土地利用/土地覆被变化遥感监测研究

根据1990年和1999年两期TM/ETM 遥感数据,运用遥感分类中的监督分类方法,全面分析乌鲁木齐市的土地利用的数量变化特征和空间变化特征,阐明了区域土地利用变化的区域特点。     

区域尺度土地利用/土地覆盖变化对气温日较差的影响

利用NCAR CAM4.0模式,针对潜在植被和当代植被两种典型土地覆盖类型,通过平衡态试验探讨土地利用/土地覆盖变化（land use/land cover change, LUCC）对气候的影响。结果表明,LUCC对气温日较差有明显影响。日较差的响应与LUCC变化的区域有紧密的联系。在中纬度,LUCC引起日较差减小,这主要由日最高气温的降低造成。在低纬度东亚地区,日较差的减小主要由日最高气温的降低造成;而在印度半岛,日较差的减小主要由日最低气温的升高决定。这种区域性的差异,主要是由于植被蒸腾和冠层蒸发的作用,LUCC能够显著调节气温日较差的变化。     

基于ETM＋遥感影像反演不同土地利用类型地表温度的研究

采用Landsat7 ETM＋为基本数据源,运用3种算法（大气辐射传输方程RTE、Qin等单窗算法和Jimenez—Munoz＆Sobrino普适性单通道算法）定量反演了黄河三角洲部分地区的地表温度（land surface temperature,LST）,并进行了不同算法反演结果的差值比较：以RTE反演结果为标准,在大气水汽含量较低时,Qin等单窗算法和JM＆S普适性单通道算法精度较高,与RTE的反演结果相差均在1K以内;在大气水汽含量较高时,Qin等单窗算法在采用地面气象资料估算水汽含量条件下仍保持较高的精度,比RTE反演结果平均偏小0．95K;而根据估算的大气水汽含量进行反演的JM＆S普适性单通道算法的反演偏差比Qin等单窗算法要大,达到1．94K,但JM＆S普适性单通道算法根据实测的大气水汽含量得到的反演结果要略优于Qin等单窗算法,比RTE结果偏大0．67K。同时计算了经过6s模式校正后归一化植被指数（INDV）,然后利用GIS中的空间分析功能,分析LST、INDV在不同土地利用类型之间的差异以及二者之间的定量关系。发现研究区内,就所有土地利用类型而言,平均LST和INDV之间存在显著的负相关关系;对于各种土地利用类型,这种相关关系也存在．但相关程度不同。     

Elucidating Dominant Factors Affecting Land Surface Hydrological Simulations of the Community Land Model over China

In order to compare the impacts of the choice of land surface model(LSM) parameterization schemes, meteorological forcing, and land surface parameters on land surface hydrological simulations, and explore to what extent the quality can be improved, a series of experiments with different LSMs, forcing datasets, and parameter datasets concerning soil texture and land cover were conducted. Six simulations are run for the Chinese mainland on 0.1° × 0.1° grids from 1979 to 2008, and the simulated mon...     

基于中国植被数据的陆面覆盖及其对陆面过程模拟的影响

本文基于中国1:100万植被图、马里兰大学AVHRR森林覆盖资料和中国753个气象站点40年的降水气温资料, 发展了一套用于气候模拟的中国陆面覆盖资料(Chinese land cover derived from vegetation map, 简称CLCV)。该套资料与CLM(Community Land Model)原来所用的MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 陆面覆盖资料相比有较大不同: 其中裸土比例减少了14.5%, 森林、灌木、草原和农作物比例分别增加了3.3%、4.8%、4.4%和0.3%, 冰川、湖泊和湿地比例分别增加了0.4%、0.8%和0.6%。将CLCV和MODIS资料分别与全国土地资源概查汇总结果分省统计资料和基于中国1 km土地利用图的土地利用资料比较表明, CLCV与两者较为接近。最后, 利用CLM模式分别采用CLCV与MODIS陆面覆盖资料在中国区域内进行数值模拟, 结果显示, 使用CLCV资料所模拟的蒸散增加了约7.7 mm/a; 地表反照率、 感热和径流分别减小了约0.7%、 0.3 W/m2和7.6 mm/a; 与MODIS卫星反演地表反照率和GRDC (Global Runoff Data Centre) 径流资料比较表明, 利用CLCV资料所模拟的地表反照率有一定改进, 并能基本模拟出径流分布趋势。     

陆面过程研究的进展

文中首先阐述陆面过程研究的必要性和复杂性。然后，对陆面过程研究的任务和内容作了较详细的说明，进而对陆面过程研究的进展现状和未来发展方向作了讨论。