2000-2015年中国草地生态系统水分利用效率时空特征及其对气候要素的响应

通过引入土壤水分胁迫因子改进PML-V2遥感估算GPP-ET耦合模型,基于改进的模型估算了中国2000-2015年草地生态系统总初级生产力GPP和蒸散发ET,并进一步计算了水分利用效率WUE。采用趋势分析和偏相关分析方法,探讨了WUE的时空变化规律及其对气候要素的敏感性。结果表明:改进后的模型模拟结果在与通量站数据比较验证中GPP的R2和RMSE分别为0.65和1.046 gC(/m^(2)∙d),ET为0.72和0.590 mm/d;多年平均WUE空间分布上沿西北-东南递增;区域平均WUE增长显著且其变化趋势空间差异明显,WUE在内蒙古地区为整体增加中部减小,青藏高原为西增东减,黄土高原为减少且减小程度由西北向东南增加,主导因素是GPP;在大部分地区WUE与气温和降水分别成呈现正负相关,而与太阳辐射的相关性空间分布复杂。气温与太阳辐射影响WUE变化的主要气候要素。

大气CO_(2)浓度增加对中国区域植被蒸腾的影响

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CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)浓度时空序列驱动数据,分别进行了考虑和不考虑大气CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)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CO_(2)浓度增加引起植被蒸腾的减小量较大,14年间减小量为15~20 mm/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;CO_(2)浓度引起植被蒸腾变化最敏感的区域是我国东南部地区。

遥感数据产品率定水文模型的潜力研究

地表径流的预测和模拟是水文地理研究的核心,对水资源管理和规划都具有重要意义。传统研究借助于实测地表径流进行水文模型率定和参数移植,对“无测站流域”进行径流预测,但在实测径流稀缺或受到强人类活动(如大坝调控)干扰时,参数移植能力受到限制、预测能力不足。而遥感数据具有时空连续的优势,且不受制于地表径流观测时间序列,为径流预测提供了新思路。本文采用了遥感数据率定水文模型的方法,在中国84个流域探究该方法采用遥感蒸散发、水储量和土壤水数据不同组合率定水文模型,评估各方案预测流域径流的潜力。结果显示基于偏差校正后的网格蒸散发数据约束水文模型的新方法,在中国干旱区和湿润区均具有较大的应用潜力;在格网上约束水文模型相比集总式约束具有较为明显的优越性;应采用多个水文模型提升该方法在不同流域的应用潜力。该方法的径流预测能力具有明显的空间分异性,因地制宜方可有效发挥遥感数据的优势。

基于涡动相关通量观测的农田蒸散发产品精度验证

高精度的农田蒸散发(ET)对于田间尺度精准的水分平衡量化和水分亏缺研究具有重要意义,对农业精准灌溉和农田水分利用效率提高具有实用价值。本研究利用全球共计28个农田站点的涡动相关系统(EC)通量观测数据,对500 m空间分辨率8 d时间分辨率的MOD16和PML-V2两种遥感蒸散发产品,进行了对比分析与精度评估。评估结果表明,PML-V2 ET产品与EC观测ET相比,均方根误差(RMSE)变化范围为3.3—22.4 mm/8 d,平均偏差(bias)变化范围为-15.98—13.27 mm/8 d;MOD16 ET产品与EC观测ET相比,RMSE变化范围为3.81—21.47 mm/8 d,bias变化范围为-16.42—15.05 mm/8 d。整体而言,两种产品精度相当,MOD16产品低估8 d ET(bias:-2.31 mm/8 d,R2:0.452,RMSE:8.82 mm/8 d),PML-V2产品略高估8 d ET (bias:0.51 mm/8 d,R2:0.455,RMSE:8.81 mm/8 d);PML-V2产品在18个站点(64%)上表现更优,但是部分站点上MOD16产品对时序变化细节(如到达波峰的季节、年中的下降/上升趋势)的刻画优于PML-V2产品;PML-V2产品未能捕捉到冬小麦和夏玉米轮种而引起的ET年中先下降后上升的变化趋势,而MOD16产品虽然成功捕捉到ET时序曲线上冬小麦和夏玉米两种作物各自生长期内的波峰,但仍较大程度上低估了冬小麦ET (如栾城站点和禹城站点);另外,MOD16产品和PML-V2产品均严重低估了水稻ET (如US-Twt站点)。本研究可为农田蒸散发算法发展及其精度验证提供参考。