全球及区域模式中陆面过程的地表植被覆盖分类方法

全球和区域尺度上陆面生态系统与气候密切相关。全球和区域模式的发展对于我们认识气候与陆地生态的变化起到重要作用。在这些模型中,植被覆盖是影响大气-植被间热量、水分和CO2等交换的重要陆面参数。在分析了陆地植被覆盖分类原理基础上,介绍了目前全球不同植被覆盖分类方案,包括基于地基观测的植被分布、基于生物气候特征的分类方案（如：Holdridge的方案）;特别近年来陆面过程试验表明,各种遥感数据源（如：NOAA—AVHRR,EOS—MODIS,Landsat—TM）等为我们提供了有利的工具来监测全球植被动态,完善植被分类,并且采用高时空分辨率的全球土地覆盖状况特征,在不同时空尺度揭示植被-大气相互作用。本文分析了代表性的3种基于卫星遥感技术的陆面植被分类方案,分别是BATS（18类）、SIB（9类）、SIB2（12类）和BIOME—BGC（31类）陆地模式的植被覆盖分类方案．最后分析了目前可用于全球植被覆盖分类的新的遥感数据库。     

大气——植被——土壤之间物质和能量输送过程与机制的分析

在绿洲－荒漠交界处，由于绿洲荒漠之间的相互影响，相互作用，使得大气－植被－土壤之间的特和能量交换形成其特有的过程，本文对这些交换过程与机制进行了较为详细，准确的讨论。     

土壤—植物—大气系统水分运行的界面过程研究

本文从水文循环的微观角度出发，针对大田土壤－大气系统中的水分运行与转化，研究了ＳＰＡＣ各界面上水分与能量的交换过程，旨在通过各界面上水分运行与生态环境因子相互作用关系，探索各界面水分、能量通量的计算与人工调控的可能途径，为农业节水提供理论依据。     

干旱沙区陆面蒸散量与土壤水分关系的数值计算

利用电子称重式蒸渗仪（Ｌｙｓｉｍｅｔｅｒ）测定田间蒸散量（ＥＴ），并用中子水分仪同步测定沙面下１０～１５０ｃｍ土壤水分含量，求得含水率Ｗ（％）。通过研究沙区不同植被区域内，土壤剖面不同深度土体含水率Ｗ与ＥＴ的关系，估算出了三种处理（油蒿栽植区、柠条栽植区、裸露沙区）的不同深度土壤水分对蒸散过程的贡献值，模拟出了土壤含水量对区域陆面蒸散量的相关关系式     

1960-2004年新疆地区地表水热过程的数值模拟研究 Ⅰ. 以观测资料为基础的陆面过程模型大气驱动场的发展

 近20 a来,中国西北地区尤其是新疆降水显著增加、温度持续上升,冰川萎缩、冰川融水量持续增加、河川径流量增加、湖泊水位上升面积扩大、植被覆盖有增加迹象等等,这些事实都充分说明该地区的气候水文过程正在发生着重大的变化,但目前由于与水热过程有关的各个分量,如潜热、感热、蒸散、土壤湿度和径流等变量都缺少长时间、大范围的观测数据,因此,现有的研究还不能从整体上认识西北地区水热过程在全球增暖大背景下的变化特征和规律,无法客观地估算该地区水热过程的可能变化趋势。为了能够进一步深入研究这个问题,我们考虑以新疆地区108站1960—2004年气象站的观测数据为基础,并结合其他大气驱动场中结果检验的辐射数据来建立了一个长达45 a,时间分辨率3 h,空间分辨率0.5°×0.5°针对新疆区域的陆面模型大气驱动场,主要的变量包括降水、气温、风速、气压、比湿和辐射。最后得到的产品能够提供一个长期的、区域内具有良好均一性的近地面气象变量数据集,它可以用于驱动陆面、水文、生态过程模式,为研究整个新疆地区年际、年代际,甚至月季到日的连续水热过程变化奠定坚实的基础,并可以作为评估耦合模型以及其他陆面预测计划的初始化条件。     

基于水热变化的青藏高原土壤冻融过程研究进展

青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、生态环境、碳氮循环以及高原及其周边区域的天气和气候系统。论文从观测、模拟以及对气候的影响3个角度来探讨1990年以来青藏高原土壤冻融过程的最新研究进展。结果表明：① 在一个完整的年冻融循环过程中,近地表各层土壤大体都经历了夏季融化期、春秋季融化—冻结期、冬季冻结期4个阶段。受局地因素的影响,不同站点的冻结或消融起止时间、速率、类型均有差异。② 多年冻土区和季节冻土区的日冻融循环过程差异较大,主要体现在日冻融循环持续时间上。③ 不同陆面模式都可以很好地抓住冻融过程中物理量的时空变化,但都需要针对高原陆面过程的特点进行参数化改进。④ 规避不稳定的迭代计算并根据热力学平衡方程确定冻融临界温度可以改进不合理的冻融参数化方案。基于已有研究回顾,发现增加高质量的观测站,利用卫星遥感等多种手段来反演高原土壤冻融过程以及加强陆面模式与区域气候模式和全球气候模式的耦合,并立足于高原冻融过程的特点发展相适应的参数化方案以及模拟结构的调整,能够有助于高原冻融过程的模拟。     

作物需水量研究进展的回顾与展望

国内外有关作物需水研究的进展情况和相关估算方法,包括研究内容、定量估算方法和数学预测方法,通过其分析论述了各方法的主要原理、特点及局限性,并指出了日前作物需水研究领域存在的主要问题是在非均一下垫面条件下,植被与环境以及植被间的相互作用要比均一下垫面复杂得多。目前的计算模式存在着许多假设,普适性不够,难以推广应用,今后需进一步研究的课题与采取的研究思路主要是改进蒸散计算方法。最后简要介绍了一种利用遥感蒸散模型率定通用陆面模式CoLM来估算区域陆面蒸散量以及陆地耗水量的思路。     

荒漠下垫面陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验

建立了一个研究荒漠下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式. 模拟了荒漠下垫面的土壤环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征.并对主要的环境物理参数进行了敏感性实验.结果表明,本模式能合理地模拟荒漠下垫面地表热量平衡、土壤体积含水量、地表植被蒸发散阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等.该模式还可进一步应用于研究区域陆面物理过程与大气边界层相互作用机制,及与中尺度大气模式耦合用于区域环境生态和气候的研究.     

裸地蒸发过程的数值模拟

本文以能量平衡为基础,研究了裸地蒸发过程,并提出一个用Fonran语言编写的,在IBM-PC微机上通过的裸地蒸发过程的模拟程序。这一程序能根据地表红外温度或辐射资料计算裸地蒸发量,并分析能量分配过程与土壤中的含水量、温度分布。初步的田间试验说明,计算值与实测值是比较一致的。     

一次冰雹天气过程雷达回波特征及数值模拟研究

针对昆明地区一次冰雹天气过程,在分析其多普勒雷达回波特征的基础上,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式进行数值模拟实验,结果表明:本次降雹过程雷达回波具有“V”型槽口、钩状回波、中气旋特征,是一次典型的超级单体风暴降雹;模式成功再现了降雹过程的天气背景,即上干冷、下暖湿的大气层结;模拟表明,风暴发展演变过程中,大气具有较好的水汽条件、不稳定层结条件以及对流触发条件;模拟的风暴中心具有强烈的上升运动,促使冰雹粒子快速增大,这是形成大冰雹的重要条件.     

干旱缺水条件下麦田蒸散量的计算方法

本文从试验资料出发,分析了干旱缺水条件下的麦田蒸散规律,以水量平衡方程为基础,且综合考虑影响麦田蒸散的天气条件、土壤水分状况和小麦本身的生物学特性,选用蒸发力、相对土壤有效含水量和作物的叶面积指数三因素建立了干旱缺水条件下麦田蒸散量的计算模型以及农田土壤水分变化的预测方法。     

南极威尔克斯地SGR钻孔处雪冰转化过程中的密度变化特征

本文着重描述了SGR钻孔处冰盖上的积雪在密实化过程中的特征变化,并对该过程进行了分段的和全面的回归分析.结果表明,冰盖密度随深度增大,但增长幅度随深度减小.作者提出密度变化减小度的概念.计算得出的所研究冰芯钻取点的密度变化减小度为-0.15kg/m~3·m~2,粒雪成冰前的密实速率平均值为4.08kg/m~3·a.本文得到的冰盖密度变化“临界点”与以往报道的有所不同.分析这一现象时,作者强调当积雪还在活动层时冰盖温度的影响,并以此解释密度剖面的异常变化以及离差的回升.特别指出,积雪的密度变化具有气候学意义,它在一定程度上能够反映出积雪形成及变化过程中气候变化的某些信息.本文由密度变化确定的钻孔点雪冰转化深度为50米.     

冬小麦光合生产潜力数值模拟*

利用中国小麦生态实验资料建立了黄淮海地区冬小麦发育阶段模式和光合作用、呼吸作用等模式,由这些子模式连结成为一个可以模拟瞬时光合作用的,充分考虑了叶片空间分布特征的冬小麦光合生产潜力模式。运用该模式研究结果证明冬小麦光合生产潜力与抽穗前10天至成熟期辐射量相关性最大。黄淮海地区冬小麦光合生产潜力可达到800kg/亩～1000kg/亩,与牛文元计算结果相近。功率谱分析结果表明北京地区光合生产潜力存在3年～4年和9年～10年的变化周期。此外,文中还给出了CO₂升高后冬小麦光合生产潜力的可能变化情况。     

冬小麦光合生产潜力数值模拟

利用中国小麦生态实验资料建立了黄淮海地区冬小麦发育阶段模式和光合作用、呼吸作用等模式,由这些子模式连结成为一个可以模拟瞬时光合作用的,充分考虑了叶片空间分布特征的冬小麦光合生产潜力模式.运用该模式研究结果证明冬小麦光合生产潜力与抽穗前10天至成熟期辐射量相关性最大.黄淮海地区冬小麦光合生产潜力可达到800kg/亩～1 000 kg/亩,与牛文元计算结果相近.功率谱分析结果表明北京地区光合生产潜力存在3年～4年和9年～10年的变化周期.此外,文中还给出了CO2升高后冬小麦光合生产潜力的可能变化情况.     

阿克苏地区陆面蒸发的数值研究

本文的试验地区——塔里木盆地阿克苏地区气候干旱,雨量稀少。本文详细地介绍了在土壤湿润不足情况下蒸发的计算方法,但由于人工灌溉的原因使试验地区的地下水位上升到1.5m至2m,故对小麦地的蒸散研究,找们不能完全采用干旱情况下的蒸发公式来处理,本文采用大气湍流边界层阻力的空气动力学方法来计算,并通过与波文比方法的比较,给出了小麦地总蒸散的时变化状况。同时利用土壤分层模式,给出了土壤表层与深层的体积含水量的模拟结果,并与实测值进行了比较,发现二者是基本一致的。     

沟道泥石流的数值模拟

以二维立面纳维尔－斯托克斯（Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ）方程为基本方程，将沟道泥石流视作为一种宾汉体．对三种不同纵坡情况下的沟道泥石流流场进行了数值模拟，并与相应的野外实验进行了对比，取得了较好的结果．     

阿拉尔灌区棉田蒸散量计算模型

根据2000年阿克苏水平衡站有底测坑试验资料，分析了土壤水分有效性函数与土壤相对有效含水率，作物生物学特性函数，与群体叶面积指数的关系，结果表明：（1）土壤水分有效性函数与土壤相对有效含水率呈直线函数关系；（2）作物生物学特性函数与群体叶面积指数呈指数函数关系。选用20cm蒸发器水面蒸发量、作物生物学特性函数和土壤水分有效性函数，应用数理统计方法建立了阿拉尔灌区棉田蒸散量计算模型。该模式仅需常规气象与土壤湿度资料，计算简便，精度较高，便于在缺乏实测资料的地区使用。