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1.
《地球科学进展》2020,(5)
冠层导度是植被与大气间碳、水、热交换的关键调控因子,可靠合理的冠层导度估计对于量化陆地表面蒸散的物质与能量交换具有重要意义。基于Jarvis模型原理,采用叶片气孔导度对环境因子响应的分时段函数和叶面积指数构建了适用于西北干旱区灌溉绿洲农田生态系统的冠层导度模型,并用Penman-Monteith方程结合环境因子观测数据和涡度相关数据的反推计算结果对模型进行了验证,结果表明冠层导度模型能够提供合理的预测;应用该模型进一步计算了在叶面积指数大于3时的蒸散,模拟值与实测值也具有很好的一致性;此外,叶片气孔导度向冠层导度的尺度提升需要考虑遮荫系数(shelter factor),并拟合得到了其与叶面积指数的对应函数关系。这为干旱区土壤水分条件较好的农田生态系统提供了估算冠层导度和提高蒸散计算准确度的方法,对于理解植物与大气间物质和能量交换机制以及当地的水资源管理具有重要意义。 相似文献
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融雪水是东北地区春季径流的重要来源,融雪径流过程的可靠模拟及预报可为科学管理和调度春汛期水资源提供参考。东北寒区年度内存在融雪径流和降雨径流两种产流模式,流域物理空间属性差异对融雪径流产流模式影响显著,为了解决东北寒区融雪径流空间异质性问题、提高SWAT模型模拟及预报精度,提出对SWAT模型采用单站点和多站点联合参数率定的策略。首先,利用白山水库入库流量进行单站初步参数率定,进而,采用多站点对融雪径流参数进行率定,并将该参数移植到单站初步率定参数集。结果表明：单站初步参数率定后模拟得到年度(1—12月)、夏季汛期(6—9月)、春季融雪期(3—5月)验证期月尺度确定系数(R2)分别为0.76、0.74和0.58,日尺度R2分别为0.71、0.75和0.51;单站和多站点联合参数率定后模拟得到年度、夏季汛期、春季融雪期验证期月尺度R2分别为0.80、0.74和0.79,日尺度R2分别为0.74、0.78和0.61。在月尺度和日尺度上,单站和多站点联合参数率定较单站参数率定后春季融雪期的模拟精度分别提高了... 相似文献
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依赖于地下水的生态系统广泛分布,潜水含水层本身是个生态系统,地下水不仅维持许多水生生态系统,而且是干旱-半干旱地区陆生植被生存的重要水源。研究地下水与植被的相互联系是生态水文地质学的主要组成部分,重点介绍地下水-植被系统的研究方法。植被吸收的地下水量占总蒸腾量的比例是评价植被依赖地下水程度的一个定量指标,蒸腾量比例呈季节性与区域性变化,取决于植被类型、地下水位埋深与动态变化、土壤岩性与气候条件。植被总蒸腾量可以用涡流相关系统测量。地下水的蒸腾量可以用植物茎流计测量,或者用地下水位昼夜变化估算。用同位素混合模型也能估算地下水占总蒸腾量的比例。植被对地下水位下降的响应可能有两种形式,一种是线性比例响应,另一种是临界突变响应,只有通过长期系统观测植被长势与地下水位的变化才能利用统计分析建立两者响应关系。目前,植被-水文模型只能模拟植被冠层截流与蒸腾对土壤水与地下水的影响,或者模拟土壤水-地下水对植被生长的影响,地下水与植被相互作用与反馈的耦合模型还是个空白。 相似文献
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黑河流域山前绿洲灌溉农田蒸散发模拟研究 总被引：13，自引：3，他引：10
基于Penman-Monteith蒸散公式, 应用土壤-植被-大气系统水分和能量传输理论对Shuttleworth-Wallace蒸散模型的参数进行改进, 得出解析计算农田作物蒸腾和土壤蒸发的双源模型. 对黑河流域山前绿洲农田春小麦生长期土壤蒸发、作物蒸腾以及总蒸散过程进行了模拟研究. 对模型的计算结果以田间观测和水量平衡方法进行验证, 误差目标NSE=0.98, 说明该模型用于农田蒸发和蒸腾的计算是合理的. 对影响蒸发和蒸腾的主导因子净辐射、叶面积指数、土壤含水量进行了相关性分析, 得出三者的变化对土壤蒸发、作物蒸腾的影响. 通过不同时期日蒸散发量变化特征的分析, 表明土壤、冠层两个界面对能量和水汽传输的交互影响效应显著. 相似文献
5.
近几十年来,人类活动带来的化石燃料燃烧和工业过程引起了全球大气CO2浓度的显著增长,带来了一系列生态和环境问题,其中对地表蒸散发的影响就是一个重要方面.地表蒸散发及其分量植被蒸腾是能量和水量平衡的重要组分,直接影响着陆气相互作用和水循环系统.由于大气CO2浓度增加可通过减小叶片气孔导度从而抑制植被蒸腾,为量化这一影响,基于碳水耦合的蒸散发模型PML-V2和CMIP6的大气CO2浓度时空序列驱动数据,分别进行了考虑和不考虑大气CO2浓度逐年增加情况下的2组植被蒸腾模拟试验.通过对比2组结果分析了2001-2014年大气CO2浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响.研究结果显示,在季节上,夏季大气CO2浓度增加对植被蒸腾的抑制作用最小,冬季最大;在数量级上,2001-2014年大气CO2浓度引起植被蒸腾变化在0～5％;不同生态系统比较而言,森林、耕地和灌丛生态系统受CO2浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大,14年间减小量为15～20mm/a,而草地下降最小,约5 mm/a;在空间上,我国中东部受影响最大;CO2浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区. 相似文献
6.
设置合理的冠层辐射传输参数有利于地表能量过程的真实表达,将对改善陆面过程模型模拟精度起到重要作用。基于2008年和2012年锦州农田生态系统的通量、气象及生物因子连续观测,分析了玉米农田叶面积指数、植被覆盖度、平均叶倾角、叶片反射率和透射率动态变化规律及各因子间的关系,对CoLM模型辐射传输参数进行优化,并对模型优化效果进行定量评价。结果表明:叶面积指数与植被覆盖度和平均叶倾角分别呈幂函数和二次函数关系;平均叶倾角的参数优化对模型模拟几乎没有影响;叶片反射率和透射率优化后,冠层反照率模拟精度明显提高;净辐射、感热模拟值对实测值解释能力分别提高0.6%和4.0%,Nash-Sutcliffes系数增大0.008和0.028,相对均方差(RRMSE)减小0.068和0.050;潜热模拟精度改善程度小于感热,地表热通量未表现出改善。 相似文献
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使用2009年DOY (Day of Year) 145~288时段与2001~2010年夏季(DOY 161~240时段)的Terra/MODIS 16 d合成的植被指数产品数据MOD13 A2和8 d合成的地表温度(Land Surface Temperature,TLS)产品数据MOD11 A2,构建TLS~IEV(Enhanced Vegetation Index,IEV)特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Drought Index,ITVD)反映的藏北土壤湿度空间分布。对藏北高原2009年植被生长季内土壤湿度的季节性变化及2001~2010年夏季土壤湿度的年际变化特征进行分析,研究结论表明:随着植被盖度的增大,干、湿边斜率逐渐变小,植被对环境温度的变化具有缓冲效应;藏北高原土壤湿度的季节性变化明显,主要受温度、降水、植被覆盖和冻土过程等季节性变化的影响;近10年研究区内土壤湿度有轻微的旱化趋势,但不同气候区内的年际变化表现不一致;气温表现不同程度的显著升温趋势,部分站点的降水有不显著减少趋势,其它站点降水表现为年际波动,而区域统计的ITVD值年际波动与站点气温的变化大体一致。 相似文献
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植被覆盖度遥感估算研究进展 总被引：24，自引：0，他引：24
植被覆盖度是刻画地表植被覆盖的重要参数,在全球变化研究、地表过程模拟和水文生态模型中发挥着重要作用.遥感能够反映不同空间尺度的植被覆盖信息及其变化趋势,是获取区域及全球植被覆盖度参数的一个重要手段.综合分析了用于植被覆盖度估算的遥感数据源,包括高光谱数据、多光谱数据、微波数据和激光雷达数据.而且分析了各种常用的植被覆盖度遥感估算方法及其优缺点,并评价了现有基于遥感数据的植被覆盖度产品及存在问题.最后,针对目前研究中存在的问题,讨论了植被覆盖度遥感估算研究的发展趋势,指出高时空分辨率长时间序列的全球植被覆盖度数据集、多源遥感数据融合和同化技术是未来植被覆盖度遥感估算研究的主要方向. 相似文献
9.
蒸发蒸腾覆盖层相比传统覆盖层有许多优势,目前这种覆盖层主要应用于干旱和半干旱地区,但研究湿润地区垃圾填埋场蒸发蒸腾覆盖层的水分运移规律和工作性能很有必要。通过二维饱和-非饱和模型,分析覆盖层厚度、土壤类型、植被条件、气候条件等设计参数对蒸发蒸腾覆盖层防渗性能的影响,并对覆盖层中的水分运移规律及其工作性能和适用性进行研究。研究结果表明,随着覆盖层厚度和叶面积指数LAI增加,蒸发蒸腾覆盖层的最终透水量（穿过覆盖层水分）呈减小趋势,但覆盖层厚度和叶面积指数较大时透水量减小趋势不明显;拥有较大储水能力和适当渗透系数的覆盖层能够有效地减少透水量;降雨的季节性分布对蒸发蒸腾覆盖层性能有很大影响,当多雨期与高温期分布一致时,蒸发蒸腾覆盖层的性能可满足设计要求;在非饱和条件下,毛细阻滞型覆盖层利用粗-细粒土之间水力特性的差异形成毛细阻滞效应减少水分向下入渗,其防渗性能优于单一土层型覆盖层,但在不利气象条件组合下,该毛细阻滞作用可能失效, 其防渗性能将大大下降。 相似文献
10.
蒸发蒸腾作用下非饱和土的吸力和变形影响因素分析 总被引：3，自引：0，他引：3
采用热湿耦合非等温流方程,结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件,考虑了水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为,从而建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型对控制非饱和土吸力和变形的大气蒸发和植物蒸腾等多参数进行了影响程度分析。结果表明,控制地面吸力和变形的主导因素是外部气象条件,尤其太阳净辐射量和风速,土体水力和热力特性参数影响程度有限;在植被覆盖条件下,吸力变化主要取决于植物叶面积指数LAI,而总腾发量的大小决定了地表变形量。 相似文献
11.
中国陆地生态系统总初级生产力VPM遥感模型估算 总被引：4，自引：0，他引：4
陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,简称GPP)时空格局及其变化动态的准确监测是区域碳收支研究的核心问题之一,遥感模型正在为区域碳通量监测提供更为实时、准确的模拟数据。基于中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,简称MODIS)遥感数据和涡度相关碳通量观测数据发展而来的VPM模型经过10年的努力,目前已经在全球涵盖十类生态系统的21个站点上开展模型的校验与验证研究,为区域GPP的准确估算与监测奠定了方法基础。本研究构建了评估GPP区域格局的VPM模型区域模式,以空间分辨率500m、时间步长8天的MODIS卫星影像数据以及相同时空分辨率的温度与光合有效辐射数据为模型输入数据,模拟估算我国2006~2008年GPP及其空间分布格局。VPM模型模拟的中国陆地生态系统GPP年总量平均值为5.0Pg C/a,其中森林、草地、农田和灌丛生态系统分别占34%,17%,37%和12%。本研究模拟的全国GPP总量与多模型模拟的平均结果(5.40 Pg C/a)相当,但不同模型估算的各类生态系统GPP存在较大差异。本研究通过利用遥感数据对VPM模型中的关键参数(最大光能利用率)进行参数空间化,表达同一土地覆被类型内部光能利用率的空间异质性;应用目前我国准确性最为可靠的土地利用与植被数据提取土地覆被数据,首次将农业多熟种植作为单独的植被类型引入模型中,模型参数与输入数据的精度保障了模型模拟结果的可靠性。 相似文献
12.
气候变暖对北极多年冻土和植被产生了重要的影响。CLM(Community Land Model)是应用最广泛的陆面过程模式之一,但其中复杂的边界条件和参数化过程导致模式模拟结果存在一定的不确定性。本研究评估了CLM5.0对阿拉斯加多年冻土区表层土壤温度和碳循环的模拟能力,结果表明,CLM5.0可以捕捉到表层土壤温度的季节变化。在苔原和针叶林站点,CLM5.0在日尺度和月尺度都可以很好地模拟出总初级生产力(GPP)随时间的变化,但对净生态系统碳交换(NEE)的模拟结果存在一定的不确定性。CLM5.0可以较为合理地模拟高纬度多年冻土区的土壤温度季节变化,在未来的研究中可能还需要从结构、参数化方案等过程进行改进,从而进一步提升高纬度多年冻土区碳循环的模拟精度。 相似文献
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青藏公路沿线多年冻土区土壤热通量参数化方案的优化和检验 总被引：1，自引：1，他引：0
土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,其估算方案在研究地表能量平衡研究中必不可少。利用青藏公路沿线5个站点0~20 cm的实测土壤层温、湿度及5 cm土壤热通量资料,以翁笃鸣气候学计算方案为基础建立了优化的5 cm土壤热通量计算方案。通过唐古拉和西大滩两个独立站点的检验结果表明,优化方案的结果相对于原方案有较大的改善,唐古拉和西大滩5 cm土壤热通量均方根误差值分别减小了3.2 W·m-2和4.8 W·m-2,而相对误差分别减小了61.9%和36.1%,即新方案能够较好地估算出青藏公路沿线多年冻土区5 cm土壤热通量。使用优化方案模拟了青藏公路沿线11个站点5 cm土壤热通量变化,结果显示,近十年青藏公路沿线土壤热通量呈现出增大的趋势,其中,5 cm土壤热通量增大了近1.0 W·m-2,而且各观测场的年平均土壤热通量值均大于0.0 W·m-2,表明就年尺度而言,热量有盈余,盈余热量用于加热下层土壤,引起活动层厚度增加,平均状况下土壤热通量每增大1.0 W·m-2,活动层厚度增大约21.0 cm。 相似文献
14.
RegCM3在青藏高原地区的应用研究:积云参数化方案的敏感性 总被引：1，自引：0，他引：1
为检验区域气候模式RegCM3在青藏高原地区的模拟能力,选择青藏高原地区的两个气候异常年(1997年少雨年和1998年多雨年)进行模拟,选取夏季(6-8月)分析RegCM3对青藏高原地区气候异常的模拟能力;积云参数化方案敏感性研究分别对1997年和1998年夏季选取不同的积云参数化方案进行对比分析.结果显示:RegCM3能够模拟出青藏高原1997年少雨年和1998年的多雨年气温基本特征,但在地形起伏较大地区模拟的温度偏低,对降水基本特征的模拟欠佳;两种积云参数化方案中,与Grell方案对比,Anthes-Kuo方案中总降水量的数量模拟更接近观测,但就温度和降水模拟的相关性上,Grell方案优于Anthes-Kuo方案.将RegCM3应用于青藏高原地区进行气候模拟时,选择Grell积云参数化方案比Anthes-Kuo方案更为适宜. 相似文献
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受水文站数量与空间分布的制约,目前径流变化研究集中于区域或流域尺度,基于实测数据且综合考虑多种因子影响的全球尺度径流变化趋势归因尚待开展.基于此,本文整合多套站点实测径流数据,并提取各站点对应集水区范围的气象和植被数据,构建了当前站点数量最多、空间分布最完整的全球气象水文数据集.采用Mann-Kendall等趋势分析方法,检测了全球4 469个水文站点径流变化趋势;基于随机森林方法,建立全球径流变化趋势归因框架,定量评估了降水、潜在蒸散发、植被叶面积指数、融雪4个驱动因子对全球主要流域径流变化的影响.结果表明,全球径流变化以减少趋势为主,径流显著减少（增加）趋势站点占比28.2%(9.7%).植被变化主导了全球42.2%的水文站点径流变化趋势,高于降水（35.3%）、潜在蒸散发（12.5%）和融雪（10.0%）主导的站点. 相似文献
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分布式水文模型通过参数化方案处理参数空间异质性对水文模拟的影响。针对目前参数化方案对山区流域参数垂向差异考虑不足的问题,开展了三维参数化方案研究,建立了基于垂直地带性的三维参数化方案,针对性地改进了WEP-L模型,并以密云水库上游流域为例对方案效果进行了分析。结果表明：（1）和以往二维参数化方案相比,三维参数化方案可大幅提升分布式水文模拟精度,流域内主要控制站近60年逐月实测径流过程模拟效果得到有效改善;（2）模拟精度提高的主要原因是改进后方案同时考虑了植被类型垂直地带性及海拔高度对参数空间分布的影响。 相似文献
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微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）是一种微生物矿化过程,能够胶结松散土体。将其应用于加固土体坡面提高抗降雨侵蚀能力具有潜在的发展前景。通过模拟降雨冲刷试验,对微生物诱导矿化加固前后粉土坡面的径流水动力与侵蚀特性开展研究,分析和讨论了水动力参数之间的相关性以及对土壤剥蚀率的影响规律。结果显示,加固后与加固前相比,粉土坡面径流的弗劳德数平均下降50%;在降雨前期的阻力系数平均下降66%,径流稳定后二者阻力系数接近;径流剪切力平均提高52%。径流系数与坡面入渗速率呈线性负相关（R2=0.857）,与加固层的贯入强度呈指数负相关（R2=0.824）;入渗速率与加固层的贯入强度呈二次负相关R2=0.930）;径流剪切力与坡度呈指数正相关（R2=0.964）。加固粉土坡面的剥蚀率与加固层的贯入强度呈指数负相关（R2=0.822）,与径流剪切力线性正相关（R2=0.912）,临界径流剪切力为0.5 Pa。对于坡度10~25°的粉土坡面,微生物加固能将其剥蚀率从58.2~118.4 g/m2s降至2.4~21.2 g/m2s,剥蚀率最大降幅可达95.0%。粉土坡面经微生物诱导矿化加固后,水动力参数值发生显著变化,径流特性与水动力参数、加固层特性及坡度相关,坡面的抗冲刷侵蚀性能得到有效提升。 相似文献
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基于相机摄影测量的冰面反照率反演方法研究 总被引：1，自引：1，他引：0
雪冰反照率是冰川与积雪能量平衡计算的关键参数,也是观测的难点. 为测量冰面反照率,试验采用相机摄影测量技术,在祁连山十一冰川开展了自动拍摄、并利用共线方程进行冰川正射制图,在此基础上于2012年7月28日-8月18日在冰川表面开展了不同海拔梯度的反照率观测. 通过统计分析晴天与阴天观测反照率与对应点相机拍摄获取的RGB归一化指数之间的关系,对十一冰川进行冰面反照率参数化方法研究. 结果表明：晴天冰面反照率与RGB归一化指数存在明显的指数关系,拟合R2达到0.79;而阴天的统计关系较差,线性拟合R2仅为0.52. 据此尝试利用晴天的拟合公式对整个冰面进行反照率参数化,计算表明：在晴天冰川表面地形阴影区的反照率存在低估现象,而无阴影区的反照率估算结果可信度较高. 利用2013年的反照率观测数据进行了参数化方案的验证,结果表明：观测值与模拟值平均误差仅为0.037,表明利用RGB影像对反照率参数化具有一定的可用性和可靠性. 相似文献