生态水文过程观测与模拟的发展与展望

中国生态系统研究网络(CERN)水分分中心是管理CERN陆地生态系统台站水环境长期监测的专业分中心,也是从事生态水文学研究的一个学术团队.长期以来,CERN水分分中心致力于先进的生态水文观测方法和技术的引进与研究,先后在大型蒸渗仪、涡度相关技术、实验遥感方法、大孔径闪烁仪和同位素技术应用于生态水文过程的观测方面做了许多卓有成效的工作,对生态水文过程野外观测方法先进技术的应用在国内起到引领作用.CERN水分分中心也开展了以陆面蒸散过程机理与模拟的研究,围绕华北农田作物蒸散过程模拟方法,从早期的经验模型,到具有物理基础的模型,发展到基于水碳耦合机理的蒸散过程模拟方法.未来的发展,需要进一步深入推进新技术新方法在生态水文过程观测中的应用,并构建不同生态系统生态水文过程机理模型,为流域和区域水资源管理及生态系统管理提供科学数据和科学工具.     

科尔沁沙地梯级生态带水热通量变化特征及气候学足迹

荒漠化地区水热通量变化特征和气候学足迹对理解干旱、半干旱区气候变化及水分循环具有重要意义。以科尔沁沙地一条梯级生态带为研究区,运用2017年3-12月大孔径闪烁仪和自动气象站数据对研究区不同时间尺度水热通量和通量源区的动态变化特征进行分析。结果表明：水热通量日变化特征明显,各分支能量占比不同。晴天近地表能量各项分支曲线均呈显著单峰状,多云天水热通量变化无显著规律;水热通量季节变化显著,夏季显热通量值小于春季、秋季和冬季,潜热通量夏季最大,其次为春季和秋季,冬季最小;小时尺度和日尺度上源区变化较大;季节尺度上,源区面积春季 > 秋季 > 夏季,季节尺度间源区差异较小时尺度和日尺度降低;结合梯级生态带内下垫面类型看,生长季源区以光径中段的玉米农田占比最大,沙丘和草甸下垫面次之,光径内小型湖泊所占源区比例较小。不同月份各下垫面类型占比略有不同。     

陇中黄土高原垂直感热平流输送对LAS和EC观测感热通量差异的影响

利用"黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)"2010年6月定西站的陆面过程综合观测资料,以造成大孔径闪烁仪(LAS)和涡动相关仪(EC)测量感热通量的差异为切入点,从中尺度垂直感热平流输送过程入手,将垂直感热平流输送的贡献作为地表有效能量的一部分引入EC直接观测的感热通量,对比引入前后LAS和EC测量感热通量的差异大小.结果表明:黄土高原定西观测站近地层大气垂直方向主要表现为向上运动,峰值达到0.074 m·s^-1,为垂直感热平流输送提供了必要的动力条件.尤其该地区处在半干旱区,地表受太阳辐射加热比较显著,近地层温度梯度最大可达0.39 K·m^-1,为产生垂直感热平流提供了能量基础.加入垂直感热平流输送的贡献后,EC地表能量不闭合度的日均值由直接观测的0.30缩小到0.24.修正后,LAS和EC测量的感热通量拟合的线性趋势系数由直接观测时的1.258缩小到1.186,两者差异得以缩小.     

卫星遥感结合气象资料计算的中国干旱区夏季地面感热特征

选用美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的1982-2006年历年夏季每半月合成的归一化差值植被指数(NDVI)数据资料和针对我国西北干旱区不同下垫面的Ch-INDV参数化关系式,计算了我国110°E以西/35°N以北区域内84个气象站历年夏季各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,并将其与ERA-40再分析感热资料进行了比较分析。随后,通过数理统计和经验正交函数(EOF)分析方法,研究其时空分布的基本特征和异常变化的演变规律及其东、西部地面感热年际变化的差异。主要结论为:(1)我国西北干旱区夏季地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在值的大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,但感热实际计算值的空间分布更加明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)对西北干旱区夏季地面感热EOF分析表明,第一模态反映了全场一致的空间变化,第二和第三模态在干旱区东部和西部区具有不同的南北反向或东西反向的空间变化。第一和第二主分量有较明显的年代际或更长时间尺度的周期变化,第三主分量的年际变化较明显。(3)西北干旱区东部和西部夏季地面感热输送具有相反的年际变化趋势,干旱区东部呈逐年增加的趋...     

Rates of floodplain accretion in a tropical island river system impacted by cyclones and large floods

Fluvial processes, especially rates of floodplain accretion, are less well understood in the wet tropics than in other environments. In this study, the caesium-137 (¹³⁷Cs) method was used to examine the recent historical sedimentation rate on the floodplain of the Wainimala River, in the basin of the Rewa River, the largest fluvial system in Fiji and the tropical South Pacific Islands. ¹³⁷Cs activity in the floodplain stratigraphy showed a well-defined profile, with a clear peak at 115 cm depth. Our measured accretion rate of 3.2 cm year⁻¹ over the last ca. 45 years exceeds rates recorded in humid regions elsewhere. This is explained by the high frequency of tropical cyclones near Fiji (40 since 1970) which can produce extreme rainfalls and large magnitude floods. Since the beginning of hydrological records, large overbank floods have occurred every 2 years on average at the study site. The biggest floods attained peak flows over 7000 m³ s⁻¹, or six times the bankfull discharge. Concentrations of suspended sediments are very high (max. 200–500 g l⁻¹), delivered mainly by channel bank erosion. In the future, climatic change in the tropical South Pacific region may be associated with greater tropical cyclone intensities, which will probably increase the size of floods in the Rewa Basin and rates of floodplain sedimentation.