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基于气象和遥感数据的河南省干旱特征分析 被引量:26
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作者 唐侥 孙睿 《自然资源学报》 CSSCI CSCD 北大核心 2013年第4期646-655,共10页
干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着我国的农业生产。论文分别采用标准化降水指数(SPI)和条件植被指数(VCI)对河南省干旱时空特征进行分析,并探讨了气象干旱和农业干旱的相关性。结果表明:近60 a河南省气象干旱频率呈现出轻微上升的趋... 干旱是一种常见的自然灾害,严重影响着我国的农业生产。论文分别采用标准化降水指数(SPI)和条件植被指数(VCI)对河南省干旱时空特征进行分析,并探讨了气象干旱和农业干旱的相关性。结果表明:近60 a河南省气象干旱频率呈现出轻微上升的趋势,夏秋两季气象干旱频率较高,农业干旱频率在秋冬两季较高,气象干旱和农业干旱频率在不同季节呈现出不同的空间分布特点。整体上看,农业干旱相对于气象干旱,存在一定程度的滞后:冬季最长,约为2个月,春季较长,约为1个月,而夏季最短,小于1个月;河南省SPI和VCI的相关性具有明显的时空分布特征:冬季和春季相关性较强,夏季次之,秋季最差;平原和盆地区等冬小麦/夏玉米种植区正相关性较强,在非耕地区有所减弱,而在信阳南部等水稻种植区正相关性差。 展开更多
关键词 干旱 河南省 标准化降水指数(SPI) 条件植被指数(VCI)
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遥感数据结合Biome-BGC模型估算黄淮海地区生态系统生产力 被引量:24
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作者 胡波 孙睿 +2 位作者 陈永俊 冯丽超 孙亮 《自然资源学报》 CSSCI CSCD 北大核心 2011年第12期2061-2071,共11页
植被净生态系统生产力(NEP)和净第一性生产力(NPP)作为表征植被活动的关键变量,在全球变化研究及区域生态环境评价中起着很重要的作用。Biome-BGC是一个模拟生态系统植被和土壤中的能量、水、碳、氮的流动和存储的生物地球化学循环模型... 植被净生态系统生产力(NEP)和净第一性生产力(NPP)作为表征植被活动的关键变量,在全球变化研究及区域生态环境评价中起着很重要的作用。Biome-BGC是一个模拟生态系统植被和土壤中的能量、水、碳、氮的流动和存储的生物地球化学循环模型。论文利用2004年时间序列MODIS LAI遥感产品和气象数据,对黄淮海地区的NEP和NPP进行了模拟估算,由于Biome-BGC模型没有农作物生理生态参数,农作物模拟通过修改草地生理生态参数,并在增加施肥、灌溉和收割代码基础上实现。结果表明,2004年黄淮海地区NEP、NPP呈现南部大于北部的空间分布特征;不同植被类型平均NEP和NPP大小顺序分别为:混交林>落叶阔叶林>常绿针叶林>农作物>灌木>草地、混交林>农作物>落叶阔叶林>常绿针叶林>灌木>草地;与观测数据、MODIS NPP产品和统计数据进行对比,表明Biome-BGC模型可较好用于区域植被生产力的模拟,农作物模拟结果与统计数据的决定系数达到0.612 3,且模拟得到的黄淮海地区农作物NPP比MODIS NPP产品更接近统计值。 展开更多
关键词 净生态系统生产力 净初级生产力 Biome-BGC模型 MODISLAI 黄淮海地区
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利用模拟退火算法优化Biome-BGC模型参数 被引量:18
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作者 张廷龙 孙睿 +1 位作者 胡波 冯丽超 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期408-414,共7页
生态过程模型建立在明确的机理之上,能够较好地模拟陆地生态系统的行为和特征,但模型众多的参数,成为模型具体应用的瓶颈。本文以Biome-BGC模型为例,采用模拟退火算法,对其生理、生态参数进行优化。在优化过程中,先对待优化参数进行了选... 生态过程模型建立在明确的机理之上,能够较好地模拟陆地生态系统的行为和特征,但模型众多的参数,成为模型具体应用的瓶颈。本文以Biome-BGC模型为例,采用模拟退火算法,对其生理、生态参数进行优化。在优化过程中,先对待优化参数进行了选择,然后采取逐步优化的方法进行优化。结果表明,使用优化后的参数,模型模拟结果与实际观测更为接近,参数优化能有效地降低模型模拟的不确定性。文中参数优化的过程和方法,可为生态模型的参数识别和优化提供一种实例和思路,有助于生态模型应用区域的扩展。 展开更多
关键词 碳通量 Biome-BGC模型 参数优化
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张掖灌区玉米农田生态系统CO_2通量的变化规律和环境响应 被引量:10
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作者 张蕾 孙睿 +5 位作者 乔晨 刘绍民 徐自为 唐侥 郝虑远 张荣华 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1722-1728,共7页
采用涡动相关法对张掖灌区玉米农田生态系统生长季(6—9月)CO2通量进行了连续观测,分析了玉米农田生态系统CO2通量变化特征及其对环境的响应。结果表明:CO2通量具有明显的日变化特征,白天以碳吸收为主,夜间以碳排放为主,CO2吸收的最大... 采用涡动相关法对张掖灌区玉米农田生态系统生长季(6—9月)CO2通量进行了连续观测,分析了玉米农田生态系统CO2通量变化特征及其对环境的响应。结果表明:CO2通量具有明显的日变化特征,白天以碳吸收为主,夜间以碳排放为主,CO2吸收的最大值出现在灌浆期,峰值为-1.426 mg·m-2·s-1;农田生态系统在4个生育期均表现为碳吸收,但吸收CO2能力存在显著差异,日吸收总量灌浆期>拔节期>成熟期>苗期。利用Michaelis-Menten方程和指数曲线拟合方法,分别分析了光合有效辐射对白天CO2通量的影响,及温度对夜间生态系统呼吸的影响。结果表明:白天CO2吸收强度随着光合有效辐射的增大而增大,在低光阶段,光照是控制光合作用的主导因子,之后随着光合有效辐射的增大,净吸收量增加减缓;玉米的光量子利用效率变化范围为0.00098~0.0022 mg·μmol-1。夜间生态系统呼吸与温度呈显著的指数关系,不同生育期的主导因子不同,苗期土壤温度是主导因子,其余生育期气温是主导因子。 展开更多
关键词 CO2通量 温度 光合有效辐射 玉米生态系统
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改进Biome-BGC模型模拟哈佛森林地区水、碳通量 被引量:10
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作者 张廷龙 孙睿 +2 位作者 胡波 冯丽超 张荣华 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2011年第9期2099-2106,共8页
Biome-BGC模型通过耦合植被、土壤与大气间的水分与CO2交换过程,实现植被生产力的模拟,但土壤水平衡模块的不够完善,导致在长时间无降水情况下植被生产力模拟存在较大误差。针对这一问题,本文对Biome-BGC模型中土壤水分胁迫气孔导度方... Biome-BGC模型通过耦合植被、土壤与大气间的水分与CO2交换过程,实现植被生产力的模拟,但土壤水平衡模块的不够完善,导致在长时间无降水情况下植被生产力模拟存在较大误差。针对这一问题,本文对Biome-BGC模型中土壤水分胁迫气孔导度方程、蒸散计算公式及土壤水分流失过程等3方面进行了改进和调整,利用改进的Biome-BGC模型模拟美国哈佛森林地区蒸散、植被生产力,并与地面通量观测值进行了比较。结果表明,改进后模拟精度有明显的提高,蒸散、植被生态系统生产力(NEE)与观测值间的决定系数分别由0.483和0.658提高到0.617和0.813,蒸散逐年均方根误差平均下降了48.7%,NEE逐年误差平方和平均下降了39.8%。改进后的模型模拟结果更接近观测值。 展开更多
关键词 哈佛森林 Biome—BGC模型 碳通量 蒸散
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基于数据同化的哈佛森林地区水、碳通量模拟 被引量:9
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作者 张廷龙 孙睿 +1 位作者 张荣华 张蕾 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2746-2754,共9页
模型模拟和站点观测是陆地生态系统水、碳循环研究最主要的两种手段,但各有优势和不足,若二者相互结合,则能更准确地反映生态系统水、碳通量的动态变化.数据同化为模型与观测结合提供了一条有效的途径.本文采用哈佛森林环境监测站相关数... 模型模拟和站点观测是陆地生态系统水、碳循环研究最主要的两种手段,但各有优势和不足,若二者相互结合,则能更准确地反映生态系统水、碳通量的动态变化.数据同化为模型与观测结合提供了一条有效的途径.本文采用哈佛森林环境监测站相关数据,利用集合卡曼滤波同化算法,将实测叶面积指数(LAI)和遥感LAI同化进入Biome-BGC模型中,对该地区水、碳通量进行模拟.结果表明:与未同化模拟相比,将1998、1999和2006年实测LAI数据同化后,模型模拟碳通量(NEE)与通量观测NEE的决定系数(R2)平均提升8.4%;蒸散发(ET)的R2平均提升10.6%;NEE的绝对误差和(SAE)和均方根误差(RMSE)平均下降17.7%和21.2%,ET的SAE和RMSE平均下降26.8%和28.3%.将2000—2004年MODIS LAI产品与模型同化后,NEE、ET模拟值与观测值间的R2分别提升7.8%和4.7%;NEE的SAE和RMSE分别下降21.9%和26.3%,ET的SAE和RMSE分别下降24.5%和25.5%.无论实测LAI还是遥感观测LAI,同化进入模型都能不同程度地提高水碳通量的模拟精度. 展开更多
关键词 BIOME BGC模型 集合卡曼滤波 数据同化 叶面积指数 碳通量 蒸散
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张掖湿地CO_2通量变化特征及光能利用率分析 被引量:5
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作者 蒋国庆 王玉洁 +4 位作者 孙睿 张蕾 刘绍民 徐自为 张强 《干旱区地理》 CSCD 北大核心 2016年第4期809-816,共8页
湿地生态系统储存着大量的碳,在陆地碳循环中扮演着很重要的角色。同时,湿地生态系统本身比较脆弱,特别是干旱地区湿地生态系统,对气候变化非常敏感,容易受到环境因素的影响而改变原有的碳循环模式。干旱区湿地碳循环规律研究不但有助... 湿地生态系统储存着大量的碳,在陆地碳循环中扮演着很重要的角色。同时,湿地生态系统本身比较脆弱,特别是干旱地区湿地生态系统,对气候变化非常敏感,容易受到环境因素的影响而改变原有的碳循环模式。干旱区湿地碳循环规律研究不但有助于评估干旱区湿地生态效益,也有助于分析其对气候变化的响应。通过对甘肃省张掖湿地CO_2通量的观测(2012年6月~2014年8月),分析了湿地生态系统CO_2通量的季节变化特征,并结合遥感数据,估算了湿地生态系统的光能利用率,分析了环境因子对CO_2通量和光能利用率的影响。结果表明,湿地CO_2通量的季节变化特征明显,两整年GPP平均值为1.06 kg C m^(-2)·a^(-1),NEE平均值为-0.40 kg C m^(-2)·a^(-1),为明显的碳汇。空气温度和土壤温度与夜间生态系统呼吸都呈显著的指数关系,太阳辐射与湿地白天CO_2通量呈负相关,并且随季节不同,相关性差异较大。结合遥感数据计算得到的光能利用率最大值为1.51 g C·MJ^(-1),生长季平均光能利用率为1.07 g C·MJ^(-1)。光能利用率与温度有一定的相关性,随温度升高,光能利用率呈现增大趋势。 展开更多
关键词 湿地 涡度相关 CO2通量 温度 辐射 光能利用率 遥感
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Biome-BGC模型参数的敏感性和时间异质性 被引量:5
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作者 刘秋雨 张廷龙 +3 位作者 孙睿 王博闻 叶欣欣 李一哲 《生态学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期869-877,共9页
生态过程模型为研究陆表生态系统水、碳、氮等物质的循环提供了一种有效的手段。模型与数据同化结合可建立模拟与观测之间的桥梁,同时提高模型与观测两种方法揭示地表真实状况的有效性。但模型参数的特性,将直接影响到模型模拟及数据同... 生态过程模型为研究陆表生态系统水、碳、氮等物质的循环提供了一种有效的手段。模型与数据同化结合可建立模拟与观测之间的桥梁,同时提高模型与观测两种方法揭示地表真实状况的有效性。但模型参数的特性,将直接影响到模型模拟及数据同化的精度。传统观念认为,生态过程模型参数在相同植被类型条件下是固定不变的,但近期研究已开始关注其时空异质性。本文以Biome-BGC模型为例,利用美国哈佛森林Environmental Monitoring Site(EMS)通量观测站的相关数据,对哈佛森林地区水、碳通量进行模拟。首先对模型参数进行敏感性分析;然后应用模拟退火算法,构造目标函数,使待优化的敏感参数在合理阈值范围内不断变动反复迭代,获取逐月的最优参数值;通过引入变异系数,对敏感参数的时间异质性进行分析。结果表明:生态过程模型参数最优值并非常量,而会随时间表现出异质性,而且各参数时间异质性大小差异显著。文中对Biome-BGC模型的敏感参数按时间异质性大小划分了相应的等级。研究结果有助于加深对生态过程模型参数特性的认识,为参数的合理取值及动态优化提供思路与依据,有助于进一步提高模型模拟和数据同化的精度与效率。 展开更多
关键词 时间异质性 敏感性 退火算法 变异系数
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改进的南极洲陆地卫星影像镶嵌图 被引量:4
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作者 惠凤鸣 程晓 +11 位作者 刘岩 张艳梅 YuFang YE 王显威 Zhan LI 王坤 詹志飞 虢建宏 黄华兵 李秀红 郭子祺 宫鹏 《中国科学:地球科学》 CSCD 北大核心 2013年第1期131-142,共12页
研究改进LIMA数据处理方法,使用1073景Landsat7-ETM+数据制作了改进的南极洲陆地卫星影像镶嵌图.改进的镶嵌图较LIMA的优势体现在影像处理流程的3个方面:(1)DN值饱和溢出调整采用更高精度的线性回归方法;(2)利用每个像元的经纬度和影像... 研究改进LIMA数据处理方法,使用1073景Landsat7-ETM+数据制作了改进的南极洲陆地卫星影像镶嵌图.改进的镶嵌图较LIMA的优势体现在影像处理流程的3个方面:(1)DN值饱和溢出调整采用更高精度的线性回归方法;(2)利用每个像元的经纬度和影像中心点的拍摄时间逐像元计算太阳高度角,提高了太阳高度角的计算精度;(3)选择了更有效的GS融合方法,将更多的波段(波段5和7)加入融合产品的制作,在南极地类识别上优势更加明显.另外,以16bit进行存储的行星反射率产品很好的保持了冰雪表面的高辐射分辨率.从目视效果、信息熵以及分类等方面与LIMA数据进行比较,结果表明本文数据具有明显的优势. 展开更多
关键词 陆地卫星 南极 冰盖 镶嵌图 遥感
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一个基于气象和遥感数据的植被生产力估算模型 被引量:3
10
作者 李一哲 张廷龙 +1 位作者 孙睿 刘秋雨 《西北林学院学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期230-236,共7页
基于气象和遥感数据提出了一个区域植被生产力估算模型。模型结合光能利用模型和生态过程模型的各自优点,引入MT-CLIM模型计算太阳短波辐射,以常规气象资料和LAI、FPAR等遥感反演数据为输入,可实现区域以日为步长的植被生产力估算。以... 基于气象和遥感数据提出了一个区域植被生产力估算模型。模型结合光能利用模型和生态过程模型的各自优点,引入MT-CLIM模型计算太阳短波辐射,以常规气象资料和LAI、FPAR等遥感反演数据为输入,可实现区域以日为步长的植被生产力估算。以太湖流域为例,估算研究区日总初级生产力(GPP)与净初级生产力(NPP),并与MODIS植被生产力遥感产品MOD17以及国内相关研究结果进行比较。结果表明,模型结果与MODIS产品及已有研究结果都较接近,模型可用于区域植被生产力的估算。 展开更多
关键词 植被总初级生产力 植被净初级生产力 遥感 太湖流域
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张掖湿地甲烷通量动态特征及其影响因子 被引量:2
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作者 张强 蒋国庆 +2 位作者 孙睿 徐自为 刘绍民 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第17期5681-5690,共10页
于2012年7月—2014年6月对地处干旱区的张掖湿地甲烷(CH_4)通量进行观测,分析其CH_4通量的变化特征及其影响因子。结果表明:CH_4通量的日变化趋势总体表现为白天大于夜间;不同季节CH_4通量排放特征差异明显,夏季最大,春秋次之,冬季最小;... 于2012年7月—2014年6月对地处干旱区的张掖湿地甲烷(CH_4)通量进行观测,分析其CH_4通量的变化特征及其影响因子。结果表明:CH_4通量的日变化趋势总体表现为白天大于夜间;不同季节CH_4通量排放特征差异明显,夏季最大,春秋次之,冬季最小;CH_4通量日总量与空气温度、土壤温度之间指数相关关系显著,其中4 cm处土壤温度与之相关性最强;1—6月摩擦风速(U*)与CH_4通量显著正相关;结合CO_2通量观测数据,研究时段张掖湿地净碳吸收量为495.92 g C m^(-2)a^(-1),为明显碳汇。 展开更多
关键词 湿地 涡动相关 CH4通量 温度 摩擦风速
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