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。     

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。     

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。     

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）。     

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。     

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。     

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.     

西北地区降水对陆面特征敏感性的数值试验

本文是一个用大气环境模式研究中国西北地区陆面特征改变之后影响其降水的数值试验，模式中假定西北地区的植被完全被裸陆代替，对６、７、８月进行数值积分，以便检查夏季大气环流对陆面特征的响应，数值试验的结论是：陆面反照率升高后，与之相伴随的是降水率下降，并且大气的下沉运动控制了该地区。     

基于陆面模式NCAR/CLM3.5的东北区域生长季地表干湿状况时空分布特征模拟研究

利用东北地区地面102站56 a(1951~2006年)逐日气象观测资料,驱动NCAR陆面模式CLM 3.5,模拟东北地区生长季地表水分盈余量(Surface Water Surplus,SWS),探讨和分析了东北地区生长季1951~2006年地表干湿状况的时空变化规律。结果表明:1971~2000年平均东北地区生长季SWS反映的地表干湿状况具有较大的地域差异,全区SWS为100~800 mm;中、西部为SWS低值区,属半干旱、半湿润区;东、南、北部为相对高值区,属湿润、半湿润区。生长季地表干湿状况存在显著的年际、年代际变化;56 a来,东北地区生长季SWS呈线性减少趋势,即地表变干,SWS空间分布的年代际变化,同样表现为变干趋势,尤其2000~2006年是地表变干最为显著的时期,表明在全球变暖背景下东北地区地表干旱化趋势增强。分析表明地表干湿状况是下垫面与气候变化共同作用的结果,研究地表干湿状况需要综合考虑水分收支项。     

陇西黄土高原陆面蒸散的遥感研究

该文以陆面能量平衡过程为基础,基于定量遥感的理论,提出了适合半干旱区(陇西黄土高原)的陆面蒸散估算遥感模型(SEBS)。结合该区域的NOAA/AVHRR数据、气象观测数据、土地利用数据和地形高程(DEM)数据,依据定量遥感的理论和技术,计算反照率、陆面温度、植被指数和地表比辐射率四个重要地表特征参数。应用SEBS模型,估算了该区域的陆面蒸散量。结果表明：该研究具有较好的理论和实践意义,为陆面过程、植被生产、生态环境保护与生态重建等研究提供科学依据。     

干旱风沙区绿洲森林覆盖率的非线性生态模型

以甘肃河西走廊绿洲为例,就干旱风沙区绿洲森林覆盖率进行了研究。研究结果表明：①影响干旱风沙区绿洲森林覆盖率高低的因素,主要与最大风速(V)和主林带的有效防护距离(L)有关,有效防护距离又受主林带平均高度和有效防护系数(r,或宽度)的影响。②经反复试算,最大风速和主林带有效防护距离的比值(V/L)大小与森林覆盖率(F)高低之间存在着相一致的规律性,不同比值代表着不同主林带平均高度(i)降低最大风速20%以上所需的最佳防护效益森林覆盖率,依此建立了干旱风沙区绿洲森林覆盖率的非线性生态模型：F=V/L×100%=V/(ri×i)×100%。③用1979—1994年在乌兰布和沙漠东北缘新建防护林体系森林覆盖率的实验数据对模型的预报结果进行适合性检验,结果表明,η=5.2466＜X2 0.05(5)=11.070,差异不显著,因此应用F=V/(ri×i)×100%预报干旱风沙区绿洲的森林覆盖率是可行的。     

基于DEM的山区气温空间模拟方法

气温作为一种农业资源是由太阳辐射到达大气形成的，在地球表面的分布地地表的地形特征密不可分（特别在山区）。数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）作为一种地表形态的描述方式，在利用空间信息进行各种专题分析研究和规划决策过程中具有很大的实用价值。研究提出了以地理信息系统（GIS）为支撑，在常规统计模型（CSM）的基础上，利用地形的坡度、坡向因子进行山区气温空间小尺工模拟的修正模型－－地形调节统计模型（TASM），并在环青海湖地区进行实际应用。研究结果表明，地形调节统计模型优于常规的统计模型，从而为山区任一地域单元气温空间分布的快速计算提供了一种可行的方法，对山区气温资源的专题应用具有重要的意义。     

干旱区绿洲LUCC马尔柯夫过程分析——以新疆于田绿洲为例

土地利用/覆盖变化(LUCC)在干旱区环境变化及生态监测中具有重要意义。本文选取塔里木盆地南缘典型绿洲于田县,利用TM遥感影像,基于Markov模型预测了于田绿洲未来的发展趋势,得出绿洲将向良性方向发展的结论。通过对Markov模型中不同步长收敛结果的讨论,可以看出间隔10 a1、2 a步长的马尔柯夫过程与间隔两年的马尔柯夫过程有着明显的不同,短时间序列(两年)具有很大的随机特性,说明马尔柯夫模型中时间尺度是一个重要环节。由本文研究可以看出,基于遥感的Markov模型可以分析绿洲的变化趋势,在干旱区绿洲LUCC及其环境动态监测中具有重要的实用意义。     

干旱区城市化与生态环境交互胁迫过程研究进展及展望

城市化进程与生态环境之间客观上存在着种种矛盾与胁迫作用,在干旱区表现的尤为突出。本文系统总结了当前国内外关于干旱区城市化与生态环境交互胁迫过程研究在理论、观点、方法与实践等方面取得的最新进展,提出了干旱区城市化与生态环境在交互胁迫中相互促进的观点,指出了当前该领域研究的薄弱环节,并展望了未来主要的研究方向。研究认为,国际学者普遍关注城市化与生态环境交互作用关系的研究,涌现了一系列研究城市化与生态环境关系的理论;非常重视城市化与生态环境交互作用机理的研究,主要从城市人口集聚、经济增长、空间扩展等层面分析城市化对生态环境的胁迫作用;从生态条件、资源条件、环境污染等层面探讨生态环境对城市化的束缚作用;广泛采用“3S”技术和定量分析方法来评价城市化与生态环境的交互响应过程;逐步加强对干旱区城市化与生态环境可持续发展途径的研究。国内学者主要对干旱区水资源紧张及生态恶化原因,城市化与生态环境交互胁迫机理,城市化与生态环境之间的EKC模型、双指数模型和耦合度模型等定量分析手段,城市化发展模式等进行了研究。当前单独研究城市化或生态环境的较多,将二者结合起来的较少;实证研究较多,规律总结较少;定性分析较多,定量研究较少;胁迫效应研究较多,约束效应研究较少,至今尚未形成独立的理论体系。从发展趋势来看,多学科融合、与实践紧密结合、新技术方法的应用与动态模拟化将是今后国内外研究的主要发展方向。     

西北干旱、半干旱区区域可持续发展综合评价模型研究

以西北干旱、半干旱区为研究背景,针对区域可持续发展评价问题,运用Fuzzy数学方法,建立了二级层次结构的综合评价模型。其中,一级评价模型建立在各评价因素子集上,它着眼于各评价因素子集中每一个具体的评价因素,建立隶属度矩阵以及最理想与最不理想单元,计算各区域可持续发展的隶属度。二级评价模型建立在整个评价因素集合上,它着眼于各评价因素子集,在一级评价模型评价计算的基础上,建立综合评价模型,计算各区域可持续发展的隶属度。应用该模型对三西地区某11个区域进行评价,计算出了每一个区域可持续发展的隶属度。     

Introduction: Learning as a Geographical Process

In this introduction to the Focus Section “Learning as a Geographical Process,” I provide a context for the four articles that follow, by means of (1) making explicit the threefold rationale for this initiative; (2) relating this initiative with previous geographical scholarship on the problematic of learning; (3) highlighting the significance of the self-referential character of our work; (4) providing a brief outline of the articles that follow; and (5) pointing out the important fact that both “learning” and “geographical process” constitute semantically rich categories and that relating the two involves a many-to-many type of logical mapping.     

干旱区城市化过程中的生态风险评价模型及应用——以河西地区城市化过程为例

城市化是河西走廊可持续发展的必由之路,然而现实中城市化过程与生态环境之间存在着各种各样的矛盾与胁迫,同时也伴随着生态风险的产生,评价城市化过程中诱发的生态风险,并找出各种生态风险变化的规律性,对河西走廊城市未来的健康发展具有重要的现实意义。通过研究城市生态风险的内涵与动因,建立了生态风险评价的数学模型,并利用该模型从不同角度计算出河西走廊7个城市的生态环境风险强度,在此基础上分析了河西城市化过程中生态风险变化的规律性,即河西走廊7个城市的经济城市化诱发的生态风险大于人口城市化和社会城市化诱发的生态风险;农业用水诱发的生态风险大于工业和第三产业用水;流域下游的生态风险大于上、中游地区;从空间上,各城市的综合生态风险呈现出玉门>敦煌>武威>金昌>酒泉>嘉峪关>张掖的位次顺序。     

川藏公路拉月滑坡破坏过程模型试验研究

拉月滑坡是川藏公路线上典型的岩质滑坡。拉月一带斜坡岩体中节理裂隙十分发育,节理、裂隙间相互切割、组合,形成具不同块状结构特征的岩体,特别是不同结构特征的岩石块体相互嵌合,形成具不同稳定状况的的岩体结构。拉月滑坡的发生机理是因块状破坏而引发的滑坡,拉月滑坡破坏过程模型试验就是从机理上分析滑坡的发生过程。拉月滑坡模型试验采用了相似材料模型试验方法,建立相似的试验模型,重现滑坡体的受力状态、变形和破坏过程。     

How to Choose Priors for Bayesian Estimation of the Discovery Process Model

The Bayesian version of the discovery process model provides an effective way to estimate the parameters of the superpopulation, the efficiency of the exploration effort, the number of pools and the undiscovered potential in a play. The posterior estimates are greatly influenced by the prior distribution of these parameters. Some empirical and statistical relationships for these parameters can be obtained from Monte Carlo simulations of the discovery model. For example, there is a linear relationship between the expectation of a pool size in logarithms and the order of its discovery, the slope of which is related to the discoverability factor. Some simple estimates for these unknown play parameters can be derived based upon these empirical and statistical conclusions and may serve as priors for the Bayesian approach. The priors and posteriors from this empirical Bayesian approach are compared with the estimates from Lee and Wang's modified maximum likelihood approach using the same data.