CSHNET观测网评估MODIS气溶胶产品在中国区域的适用性

利用中国地区太阳分光观测网(CSHNET)气溶胶光学厚度地基联网数据, 评估了MODIS气溶胶光学厚度产品在中国不同生态类型和地理区域的适用性. 2004年8月至2005年7月的验证结果表明, 中国地区MODIS产品的适用性存在较大地域和季节性差异. 青藏高原地区MODIS产品可利用率差, 仅占地面观测数据的16%, 平均有31%～45%的MODIS产品满足NASA误差标准; 北方荒漠地区MODIS产品占地面观测数据的15%～55%, 平均仅有7%～39%满足误差标准; 东北偏远地区MODIS产品占地面观测数据的14%～46%, 49%～69%产品满足误差标准; 森林生态系统MODIS产品占地面观测数据的46%～65%, 30%～59%产品满足误差标准; 东部沿海及湖泊地区MODIS产品占地面观测数据的63%～75%, 25%～67%产品满足误差标准; 内陆城镇MODIS产品占地面观测数据的43%～78%, 35%～75%产品满足误差标准; 农业生态系统MODIS产品占地面观测数据的61%～89%, 59%～88%产品满足误差标准. 地表均一、植被良好区域, 在生长季MODIS产品的利用率可达80%以上, >70%产品符合NASA误差标准.     

激光雷达在森林生态系统监测模拟中的应用现状与展望

激光雷达是一种新兴的主动遥感技术,能够在多重时空尺度上获取森林生态系统高分辨率的三维地形、植被结构参数.其对森林生态系统变化的精确、高效监测和模拟在认识这些变化如何影响陆地生态系统碳循环、全球气候变化,并促进生物多样性保护方面将发挥重要作用.本文拟对激光雷达技术的概念和发展应用简史作一介绍,通过分析其在数字地形产品生成、森林生态参数提取反演应用中的主流算法和优势,继而阐明其推广应用所面临的挑战,最后指出未来激光雷达技术在生态学应用中可能的研究热点.本文认为,构建集太空、天空、地面多源传感器于一体的数字生态系统是未来生态系统观测网络发展的必然趋势,而激光雷达技术能够在数字生态系统建设过程中搭建可靠的数据支撑体系,最终有助于决策部门调控、优化人与环境关系,实现二者和谐共存.     

1992~2006年中国降水酸度的变化趋势

分析了全国74个酸雨观测站1992~2006年的降水pH资料. 结果显示, 15 a间中国酸雨区的整体分布格局没有重大改变, 长江以南仍是最大的连续酸雨区和重酸雨区, 北方地区尚未形成大范围的连续酸雨区. 1999年前的8 a间全国酸雨污染呈现减缓趋势, 2000年后, 华北、华中、华东及华南地区出现连续大范围的酸雨污染加重趋势, 其综合结果使得中国酸雨区的酸雨污染程度发生区域性变化. 15 a间, 华北、华中、华南呈现连续大范围的酸雨污染加重现象, 其中华北和华中的长江以北地区较明显; 中国重酸雨区之一的西南地区的降水酸度减弱, 酸雨污染程度呈现缓解趋势; 相应地, 长江以南的重酸雨区中心有向东发展的趋势. 对同期的降水电导率资料的分析显示, 15 a间中国降水中可溶性离子成分含量呈现整体增加的趋势, 其中1999年前为快速增加期, 2000年后基本稳定或呈下降趋势. 2000年后部分观测站的降水pH年变率与非氢电导率年变率正相关的事实显示, 颗粒物排放和其浓度水平下降导致降水酸性增强有可能是影响中国一些地区降水酸度变化的一个重要因素.     

基于TES观测的2005～2010年间中国3个代表性区域对流层臭氧浓度变化分析

臭氧(O3)是大气中复杂光化学反应的产物.对流层臭氧既是全球性污染物,又是温室气体.本文采用Aura卫星上搭载的对流层辐射光谱仪(tropospheric emission spectrometer,TES)获得的对流层O3垂直分布数据,基于傅里叶变换,分析了2005～2010年间我国3个代表性区域(西部、华北和华南地区)的对流层臭氧在484,681和825hPa高度上的浓度变化趋势以及季节分布特点.结果显示,在中国大部分地区,O3浓度均呈现夏季高冬季低的特点,而在华南地区和华北近地面,臭氧呈现明显的春秋季双峰值现象.臭氧在464hPa高度上均呈现比较明显的增长趋势,其中华北地区增长速率最快,达到0.89±0.059nL(La)-1.在681hPa,我国华北和西部地区的臭氧都出现了明显的增长趋势,平均年增长率分别为0.57±0.065和0.41±0.041nL(La)-1;而华南地区O3浓度趋势却无明显变化.在近地面的825hPa,华北地区臭氧浓度仍然保持了0.36±0.074nL(La)-1的增长速度,而华南地区则呈现了微弱的-0.21±0.061nL(La)-1的下降趋势.在全国尺度上,我国对流层臭氧浓度在2005～2010年间整体呈现上升趋势,这将对我国的人体健康、农业生产和生态系统造成不良影响.     

中国森林生物多样性监测网络十年发展

<正>森林在生物多样性保护和生态系统服务方面具有重要作用,特别是在调节气候、涵养水源、保持水土和减缓气候变化方面的作用尤其关键.据估计,全球陆地碳储量的45%存在于森林生态系统中[1].然而,全球森林生物多样性和生态系统服务正面临来自多方面(如土地利用变化、森林砍伐、狩猎、气候变化、环境污染、病虫害和入侵物种等)的巨大压力和严峻挑战,其中森林砍伐的影响更为突出[2].2000~2010年的10年间,全球范围每年约有1.3×107 hm2的森林丧失或退化,其中包括大约6×106 hm2具有很高生物多样性价值的热带原     

公路网对纵向岭谷区生态系统服务价值的影响

以纵向岭谷区1985和2000年的土地利用数据及该区公路网为基础,利用景观退化指数估算在公路网干扰下的生态系统服务价值,揭示人类活动对生态系统服务功能的影响.研究表明,生态系统类型的转换使研究区在这16年期间损失了65多亿元服务价值,该区有5.42%的生态系统受各等级公路的影响,公路网对生态系统的结构破碎化效应显著,这种破碎化影响具有累积性.2000年生态系统在公路网干扰下,损失了1900多亿元生态系统服务价值,公路网密度对生态系统服务价值的影响呈指数递减,该区2010和2020年的规划公路网预测表明,生态系统服务价值平均每年以1.2%速率减少.文中从价值量的角度反演生态系统结构的变化对服务功能为复杂的非线性影响,考虑人类重大工程——公路对生态系统服务功能的干扰,对生态系统服务价值的精确估算以及生态系统功能的定量研究探索一种新的研究思路与方法,为公路建设的生态影响研究具有理论与现实意义.     

中国森林植被的碳汇/源空间分布格局

利用1984～1988年和1999～2003年间2次森林详查资料,结合1:100万森林植被图及同期基于CASA模型模拟的NPP空间分布,采用空间降尺度技术,定量估算了1km分辨率下1984～2003年间我国森林植被碳源/汇的空间分布.结果表明:(1)在1984～2003年间我国森林植被是大气的碳汇,碳储量增加了0.77PgC,年均增加约为51.0Tga?1.其中,碳的吸收量为0.88PgC,释放量为0.11PgC.(2)我国森林植被碳汇/源分布存在明显的空间分布规律,碳汇面积主要集中在亚热带和温带地区,高值区集中在海南地区、横断山脉地区、吉林境内的长白山脉,大兴安岭南部和西北山地;碳源主要分布在以东北至西南一带上,高值区主要集中在云南南部、大兴安岭北部和四川盆地中部.(3)碳汇强度与NPP的增长存在明显关联性,统计模型表明东北、华北、西北以及中南4个地区的碳汇量80%以上的变化能够由NPP增长驱动来解释.(4)碳汇强度的空间分布与森林林龄分布存在着明显的对应关系,碳汇强度整体上随着林龄的增加而降低.     

森林垂直结构参数实测与遥感研究进展:以叶面积指数和聚集指数为例

森林垂直结构参数指的是森林冠层孔隙率、郁闭度、叶面积指数(leaf area index, LAI)和聚集指数(clumping index, CI)等关键结构参数在垂直方向的分布特征.获取森林垂直结构参数是深入研究森林碳氮水循环和遥感辐射传输过程的关键环节.本文聚焦LAI和CI,探讨森林垂直结构参数地面实测与遥感反演研究进展.地面测量的常用仪器有LAI-2200、数字半球相机和光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)测量仪等,不同高度的测量可以通过破坏采样、塔基测量和移动升降机等手段来进行.地面测量方法虽然较为准确,但通常比较费时费力,不利于获取大范围信息.遥感方法主要通过经验的植被指数估算或物理模型反演来进行.激光雷达(LiDAR)作为一种主动式遥感方法,具有反演垂直结构参数的独特优势.虽然遥感方法能够进行大范围连续观测,但目前还没有成熟的全球遥感产品能满足实际需求,少数区域产品也缺乏充分的质量检验.森林垂直结构参数已经在陆面过程模型、冠层辐射传输模型和森林经营管理中展现了巨大的应用价值.未来的研究应进一步探索新的地面测量和遥...     

近30年来中国地区大气气溶胶光学厚度的变化特征

利用我国北京等地４７个甲种日射站１９６１～１９９０年逐日太阳直接辐射日总量和日照时数等资料,反演了该４７站３０年来逐年、逐月０．７５ｕｍ大气气溶胶光学厚度（ＡＯＤ）的平均值。结果表明：１９６１～１９９０年,我国ＡＯＤ总体呈明显增加趋势,其中西南地区东部、长江中、下游地区及青藏高原主体。大气气溶胶增加最为明显;华北地区、山东半岛、青海东部和广东沿海,大气气溶胶增国也较明显;西北地区和东北地区大部气溶     

华北克拉通东部岩石圈地幔的多期改造:鲁西纯橄岩捕虏体中锆石SHRIMPU-Pb年代学证据

华北克拉通破坏的时间一直是地质学家们争论的焦点问题之一.鲁西铁铜沟岩体中纯橄岩捕虏体的锆石SHRIMPU-Pb定年结果对此给出了制约.结果显示,4个纯橄岩样品的18颗锆石阴极发光图像中,15颗呈条痕状吸收,2颗具岩浆环带特点,结合它们的Th(49～3569μg/g,平均值为885μg/g),U(184～5398μg/g,平均值为1277μg/g)含量和Th/U比值(0.15～2.04),暗示岩浆成因特征.岩浆锆石的206Pb/238U表面年龄分成5组:131～145,151～164,261～280,434～452和500～516Ma.131～145Ma年龄与寄主岩浆(铁铜沟岩体)的形成时代相一致;151～164Ma年龄对应于华北克拉通东部中-晚侏罗世少量幔源岩浆和主体的酸性岩浆事件;261～280Ma年龄与峨眉山大火成岩省的时代相类似;434～452Ma年龄与华北克拉通东部古生代时期富硅质岩浆的时代相一致;500～516Ma年龄可能是全球泛非事件在华北克拉通东部的响应.华北克拉通东部岩石圈地幔经历了多期次不同程度熔体的改造,其中以中生代晚期(131～164Ma)的改造最为强烈.     

多基线距DInSAR技术反演城市地表缓慢形变

利用多基线距DInSAR技术反演城市地表缓慢形变已经成为当前DInSAR研究的热点. 该技术的基本流程包括干涉图像对组合, 差分干涉图生成, 高相干点提取, Delaunay三角网建立, 网络增量计算和集成, 残余相位解缠和定标, 大气相位和非线性形变相位估计等. 其中网络增量计算是线性形变反演的关键, 残余相位解缠和定标是非线性形变反演的关键. 针对前人在这两方面研究的不足, 提出基于改进的模型相关系数方程的增量计算方法, 以及基于三角形“环”处理方法进行离散点相位解缠和定标的算法. 在上述算法的基础上, 利用24景ERS数据, 反演了苏州市在1993-02~2000-12之间的地面沉降. 结果表明, 在此期间内苏州市大部分城区平均沉降速率在20~30 mm/a之间, 而且沉降速率呈逐年递减趋势, 并在2000年之后趋于稳定. 水准数据证明了结果的准确性和算法的可行性.     

北方地区MODIS和MISR与AERONET气溶胶光学厚度的比较及其时空分布分析

通过对比2006～2009年,搭载在Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)和多角度成像光谱仪(MISR)传感器与我国北方4个地面AERONET站点观测的气溶胶光学厚度AOD(aerosol optical depth),发现在SACOL站和北京站,MISR反演的气溶胶光学厚度优于MODIS;在香河站和兴隆站,MODIS反演的气溶胶光学厚度优于MISR.总体上,MISR反演的Angstrom值与地面观测相对误差为14%,而MODIS反演结果的相对误差为30%.因而在气溶胶辐射强迫研究中,使用MISR反演的Angstrom值来计算不同波段的气溶胶光学厚度,得到的结果误差较小.同时,利用卫星观测分析了我国大部分地区AOD季节平均分布特征:主要有两个高值区,分别是塔克拉玛干沙漠和华北南部以及华东北部地区.高值区位置随四季变化不明显,但在量值上有明显的季节变化.塔里木盆地春季AOD值最大,华北南部以及华东北部AOD值在夏季最大.MODIS和MISR Angstrom指数分布均表明,春季塔克拉玛干沙漠的气溶胶粒子半径最大;夏季两个高值区的气溶胶粒径达到最小.     

青藏高原中部色林错湖近10年来湖面急剧上涨与冰川消融

量化了1976～2010年间,特别是2000～2010年间西藏色林错、错鄂及班戈错的湖面面积及湖面海拔高度变化,分析了不同补给方式对湖面变化的影响,为最近10年青藏高原中东部气候变暖所致冰川加速消融提供了新证据.结合差分GPS实测湖面海拔、数字高程模型(DEM)及不同时相(1976～2009年)湖面面积的遥感解译,研究提出:(1)近40年来色林错湖面海拔高度变化过程可分为两个阶段.1976～2000年,色林错湖面海拔缓慢上升4.3m,平均0.18m/a;2000～2010年,湖面急剧上涨8.2m,平均0.82m/a.与色林错近10年湖面海拔的快速增长对比,错鄂和班戈错的湖面上升趋势缓慢且平稳.(2)1976～2009年间,色林错湖面面积变化过程经历了平稳增长→加速增长→平稳增长的变化过程.湖面总体扩大656.64km2,增长幅度为39.4%,特别是1999～2009年间,湖面急剧扩大549.77km2,增长幅度为30.6%.根据气象数据相关性及湖水水位平衡分析,近期气温升高所致上游冰川的加速消融是色林错近10年湖面快速变化的主要因素--冰川融水直接导致色林错湖面上涨约8m,降水量的增加是影响湖面变化的次要因素;而主导班戈错湖面变化的因素是长期降水量的变化,气温的影响是次要因素.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明:近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段.尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识.以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究简

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明：近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段. 尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识. 以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

基于遥感观测的21世纪初中国区域地表土壤水及其变化趋势分析

综合利用3组最先进的AMSR-E地表土壤水反演产品,通过集合分析的方法,生成中国区域内2003～2010年月平均地表含水量集合数据.在此基础上,分析了21世纪初中国区域内地表土壤水的时空分布格局及变化趋势.发现:(1)集合分析数据能在一定程度上克服单一反演产品中的系统偏差,弥补了单一反演产品的局限性,得到更加客观的中国区域内遥感地表土壤水时空分布信息;(2)在这期间,中国区域内干旱区以变湿为主导,半干旱区以变干为主导,总体上变干的面积大于变湿的面积;(3)三套反演数据年和季的变化趋势各自不同,但它们都一致显示在夏季变干为主导,而且这些变干的区域主要分布在我国主要粮食产区;(4)结合GPCP降水变化趋势,发现气候变化可能是导致干旱区变湿以及半干旱区变干的因素之一;(5)结合MODIS地表温度变化趋势,发现过去8年中降湿增温区面积最大(33.2%),依次为降湿降温区(27.4%),增湿增温区(21.1%)和增湿降温区(18.1%).其中降湿增温区和降湿降温区主要分布在我国的重要粮食产区,而增湿增温区则主要分布在西北部和西藏等非农业区.这样的变化趋势对我国的农业可持续发展和生态维护是十分不利的.     

风云三号气象卫星全球臭氧总量反演和真实性检验结果分析

利用我国第二代极轨气象卫星“风云三号”搭载的紫外臭氧总量探测仪(TOU)发射后一年内获取的观测数据以及地基臭氧观测数据, 对全球特别是受到广泛关注的南极地区和青藏高原地区进行了臭氧总量反演试验, 反演结果与国外同类产品及地面观测结果进行了对比分析. 定性的分析结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪反演的全球臭氧总量分布与国际上发布的同类产品相比, 真实地反映了臭氧随时间与空间的分布特征. 在全球部分地基观测站所处的位置上对臭氧总量探测仪与OMI产品和地基观测数据进行了比较, 结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪臭氧总量反演结果和国外同类卫星产品相对均方根偏差约为3%, 与地基观测结果相比相对均方根偏差约为4.2%, 中低纬度地区均方根偏差小于高纬度地区, 最大均方根偏差出现在南极臭氧洞之内, 大多数情况小于5%, 个别站点上超过5%但低于10%, 均优于10%的产品设计指标. 目前TOU已经完成了在轨测试和试运行进入业务运行阶段, 向国内外用户提供实时臭氧总量产品.     

二氧化碳的时空变化规律与影响因素分析

利用大气本地站数据验证了2010～2015年温室气体观测卫星(Greenhouse Gases Observing SATellite, GOSAT)二氧化碳L4B浓度数据,分析了二氧化碳浓度时空分布及其变化特征,结合总初级生产力数据和人类二氧化碳排放数据,分析了二氧化碳空间特征变化的影响因素.结果表明:(1) GOSATL4B级数据与地面实测数据的相关系数均在0.95以上,具有较高的精度和稳定性.(2)二氧化碳在不同气压高度上空间分布特征差异较大,近地面二氧化碳浓度波动幅度最大且有明显的空间差异性特性,全球有4个高值中心,分别为东亚、西欧、美国东海岸,以及非洲中部地区;北半球近地面的二氧化碳浓度整体高于南半球,南半球的变化幅度相对较小且变化趋势与北半球相反.(3)研究期间二氧化碳浓度呈现明显增长趋势,二氧化碳浓度随季节变化规律明显.(4)东亚地区样区二氧化碳浓度的变化与初级生产力具有明显的负相关关系,充分证明了陆地生态系统重要的碳汇作用;而与人类活动导致的二氧化碳排放呈显著正相关,说明了人类活动是二氧化碳增加的重要因素.     

基于大气反演陆地碳通量季节变化信息的模型参数优化研究

<正>生态系统碳通量是光合作用和呼吸作用之和.在没有附加信息的情况下,区分光合作用和呼吸作用对碳通量的贡献是目前参数优化研究的难点.本研究探讨了利用陆地生态系统碳通量的季节变化信息,优化生态系统模型中光合作用和呼吸作用参数的可行性,并利用大气反演系统估算的净生态系统生产力(NEP),在北美北部地区(BNA)开展了陆地生态系统模型参数(25maxV和Q10)优化研究.通过模型敏感性分析,我们发现     

用天山雪岭云杉年轮最大密度重建新疆伊犁地区春夏季平均最高温度变化

为了研究新疆伊犁地区过去温度变化, 利用该区雪岭云杉6个样点的年轮最大密度年表(MXD)和年轮宽度年表(TRW), 分析了其年表特征和气候响应特点. 结果表明, 该地区不同样点的雪岭云杉树轮最大密度年表对气候变化有较为一致的响应, 与4~8月平均温度和平均最高温度均具有很好的正相关关系. 利用逐步回归分析方法筛选出的3个样点的树轮最大密度序列重建了该地区1848~2000年春夏季平均最高温度距平, 重建方程方差解释量达到56.2%, 且方程稳定. 重建结果揭示, 在伊犁地区, 20世纪50年代初到70年代初存在近153 a春夏季最显著的冷期, 并且在重建的时段内, 4~8月平均最高温度距平并没有表现出明显的上升趋势.