利用MODIS数据直接估算晴空区干旱与半干旱地表净辐射通量

通过对地表处向下短波辐射、向上短波辐射、向下长波辐射和 向上长波辐射通量的4个能量收支分量的参数化, 利用多个MODIS 陆地和大气产品, 给出一个不需要地面观测气象数据, 仅用卫星遥感数据来计算晴空条件下干旱与半干旱地表上的净辐射通量计算方案。方案计算了2003 年7?10 月、2004 年 7?11 月及 2005 年 6?10月期间退化草地 89 个晴空数据和农田85个晴空数据, 与地面观测数据对比表明方案能有效计算净辐射通量, 均方根误差达到 47. 5 和49. 2 W/m², 优于国内外同类研究的精度。     

利用MODIS数据直接估算晴空区干旱与半干旱地表净辐射通量

通过对地表处向下短波辐射、向上短波辐射、向下长波辐射和向上长波辐射通量的4个能量收支分量的参数化,利用多个MODIS陆地和大气产品,给出一个不需要地面观测气象数据,仅用卫星遥感数据来计算晴空条件下干旱与半干旱地表上的净辐射通量计算方案。方案计算了2003年7—10月、2004年7—11月及2005年6—10月期间退化草地89个晴空数据和农田85个晴空数据,与地面观测数据对比表明方案能有效计算净辐射通量,均方根误差达到47·5和49·2W/m2,优于国内外同类研究的精度。     

几种典型地表类型反照率时序变化特征及其参数化研究

地表反照率对地表能量平衡、气候模式和全球变化研究具有重要的作用.受季节和下垫面影响,地表反照率呈现一定的时序变化特征,刻画这种变化特征可以为地表反照率估算提供背景信息,有利于提高反照率反演精度.目前已有许多研究致力于分析地表反照率时序变化特征和影响因素,但分析仅限于某一特定区域的一种或几种地表类型,同时对反照率与叶面积指数(leaf area index,LAI)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等影响因子的相关性还缺少参数化研究.本文使用美国通量观测网络AmeriFlux观测数据资料,利用该网络站点分布范围广、地表类型丰富的特点,选取其中代表性较强的站点观测数据,分析了落叶阔叶林、常绿针叶林、草地、农田4种典型植被类型地表反照率的时序变化特征.发现各植被地表类型反照率呈现"U"形年内变化特征,在植被生长季,落叶阔叶林、农田、草地3种地表类型反照率均先减小再增大后减小,而常绿针叶林地表反照率变化不明显.利用统计方法分别建立了地表反照率与LAI和NDVI的参数化模型,结果显示:2种估算地表反照率的参数化模型均能较好反映植被生长过程中地表反照率的变化特征,与地面实测数据相比,计算得到的地表反照率具有较高的精度;2种参数化模型估算得到的反照率一致性好,相关系数为0.721 9.该参数化方案可为地表反照率的进一步估算提供背景参考模型.     

基于时空融合技术的高精度遥感蒸散计算

在利用遥感数据进行蒸散计算时,常因云雨污染和单一传感器限制,导致影像数据缺失严重,特别是在一些景观破碎化程度高的地区,较难获取高时空分辨率的蒸散序列。以黄河三角洲为研究区,基于增强型时空自适应融合模型构建高时空分辨率的遥感数据集,结合地表能量平衡系统模型采用先估算后融合和先融合后估算两种方式估算了区域2020年高时空分辨率的蒸散时间序列,探讨了融合算法和蒸散模型相结合的可行性和估算精度。结果表明：增强型时空自适应反射率融合模型(enhanced spatial and temporal adaptive reflectance fusion model, ESTARFM)算法性能较好,融合反射率与实际反射率的相关系数均在0.85以上;地表能量平衡系统(surface energy balance system, SEBS)模型估算的显热通量与通量站数据的均方根误差(root mean squared error, RMSE)仅为57.8 W/m²,融合模型估算的水面蒸发与蒸发皿折算数据的相关系数达到了0.93;黄河三角洲蒸散量随季节变化较大,其中夏季蒸散量约占全年...     

田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响

针不同田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响, 应用反硝化分解模型(DNDC 模型), 选取中国科学院禹城综合试验站作为研究区域, 结合该区域的气象、土壤和田间管理措施等数据, 模拟在不同施氮量、施肥深度以及土壤侵蚀条件下的CO₂和N₂O气体通量。结果表明: DNDC模型对农田CO₂和N₂O气体通量的模拟效果较好; 施氮量从实际施氮量的0.5 倍升高到1.5 倍的过程中, N₂O排放通量从1.06 mg/(m²·d)线性地增加至2.88 mg/(m²·d), C的净固定量亦从1.38 g/(m²·d)逐渐增加至2.07 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在施肥深度从5 cm变化到20 cm的过程中, N₂O排放通量从2.88 mg/(m²·d)降低至0.68 mg/(m²·d); 当施肥深度从0.2 cm升高到20 cm时, C的净固定量从1.79 g/(m²·d)逐渐升高至2.32 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在土壤侵蚀的影响下, C的净固定量和N₂O的排放量分别升高11%和4%。研究结果可为国家温室气体通量清单的编制及相关管理政策的制定提供参考依据。     

FY-3A/MWRI数据反演半干旱地区土壤湿度的研究

为了监测半干旱地区干旱化范围和干旱程度, 探讨了一种利用卫星微波遥感反演土壤湿度的方法。根据陆表和大气辐射传输模式模拟植被覆盖地表微波亮温和土壤湿度的关系, 建立土壤湿度的对数三次多项式的反演算法。利用中国气象卫星(FY-3A)搭载的微波成像仪(MWRI)的亮温资料,反演得到吉林通榆地区农田和草地的土壤湿度, 并与地面实测结果进行对比, 其均方根误差农田为0.003 cm³/cm³, 草地为0.005 cm³/cm³, 反演精度较高。本方法可以应用于可以获得更多资料的FY-3B卫星, 结合改进的辐射传输模式获取不同地表类型的辐射特征, 期望未来可进行区域试验的反演研究。     

EBEX-2000湍流热通量订正和地表能量平衡闭合问题研究

运用EBEX-2000实验资料, 分析超声虚温订正和Webb订正对湍流热通量计算的影响及这两种订正的主要控制因子, 并在对湍流热通量进行修正的基础上简单讨论了能量平衡闭合率(EBR)的影响因子, 结合实际的天气、地形条件给出了比较合理的解释。研究结果表明: 超声虚温订正值为?40~2 W/m², 有明显日变化, 均值为?8 W/m², 主要受大气稳定度和水汽垂直梯度影响; Webb订正值范围为?5~14 W/m², 订正量均值较小, 约1.8 W/m², 白天为正值, 夜间为负值, 主要受波文比和空气比湿的影响, 出现较大修订值的几率很小; 30 min平均的能量平衡闭合比率(EBR)约为0.63, 其日变化幅度剧烈, 日变化幅度及夜间离散度很大, 并且随土壤含水量的突然上升而急剧下降。     

基于无人机影像的城市复杂三维绿量快捷估算——以上海植物园为例

三维绿量是表征城市植被生态效益的综合指标,如何在高度异质性的城市生境中精确、快捷地开展三维绿量监测,是当前城市植被生态效益评估亟待解决的难题.本研究以上海植物园为对象,通过无人机航摄系统对上海植物园进行低空高分辨率影像获取,逐像元提取并计算地表高程模型和冠层高度模型,对上海植物园三维绿量进行估算,进而对绿量空间分布格局进行分析.研究发现:（1）无人机影像的整体平面和高程精度优于0.1 m,冠层高度模型精度的平均误差为0.27 m,标准差为0.58 m.（2）上海植物园的绿量分布呈东北低西南高的格局,总绿量为3 538 944.50 m³.绿量最高的3个园区分别为牡丹园（289 491.00 m³）、松柏园（338 322.10 m³）和温室附属绿地（360 587.50 m³）;绿量最低的3个园区分别为休闲绿地（24 761.50 m³）、单子叶植物园（31 621.40 m³）和蔷薇园（74 607.30 m³）;植物园平均绿量密度...     

沙河流域地表通量的定量遥感估算

地表通量遥感估算对植物长势监测、灾害监测和地区能量水循环研究具有重要的现实意义.本文选取北京市沙河流域2002-10-16和2003-04-07LandSat TM影像反演研究区春秋季地表特征参数和地表通量,结合地面观测资料,利用二层遥感模型对该地区的植被、土壤地表通量分别进行了遥感估算.结果表明,研究区地表能量平衡各分量具有明显的时空特征.春、秋季晴日植被通量和土壤通量的估算结果空间分布态势保持一致,植被通量略大于土壤分量,土壤通量的空间分异性更明显.     

基于MODIS产品的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的验证

利用2010—2013年锡林浩特国家气候观象台涡动相关通量观测系统数据以及MODIS产品数据, 验证基于增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)和地表温度(LST)的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的适应性, 并探讨该遥感生态系统呼吸模型存在的问题。结果表明: 生态系统呼吸模型能较好地模拟夜间生态系统呼吸速率(R_eco)在生长季内和年际间的变化, 模拟值与观测值吻合较好(R²=0.90, RMSE=0.02 mgCO₂/(m²·s)); 夜间R_eco的观测值与EVI_s×W_s (EVI_s和W_s分别是EVI和LSWI对光合作用的影响函数)呈较显著的线性相关(R²=0.63), 与LST 的关系基本上满足L-T方程(R²=0.39); 夜间R_eco在生长季的前、中、后期对EVI_s×W_s和LST的响应不同是造成模型误差的重要原因之一。     

退化草原土壤有机质对氮素添加梯度的响应

选取内蒙古锡林郭勒典型草原区两种不同退化程度草原群落(轻度和重度退化草原群落),设置氮素添加梯度实验(分别添加NH₄NO₃ 0, 30, 50, 80 g·m^-2),分析退化草原土壤有机质含量对氮素添加的响应,意图找出氮肥作用于不同退化程度草原时的最适值。结果表明,不同退化程度的草原对于氮素添加的响应不同:对于轻度退化草原,氮素添加对土壤有机质的影响主要集中在0~20 cm土层,30 g·m^-2处理时土壤有机质显著高于其他3个氮素水平,氮素的添加显著提高土壤有机质含量,说明氮素是轻度退化草原主要的限制因子;对于重度退化草原,当施氮量为30 g·m^-2时,0～10 cm层土壤有机质含量相对较高,但没有达到统计学上的显著差异。土壤有机质在氮素添加梯度下各层变化不显著,说明氮素不是重度退化草原的主要限制因子。     

夏热冬冷地区绿化屋顶节能与生态效益研究

【目的】研究夏热冬冷地区绿化屋顶的节能效益,分析包括固碳释氧、空气净化、水源涵养和节能减排4个方面的生态效益。【方法】以无锡地区有无绿化的屋顶为研究对象,对比绿化屋顶的保温隔热及节电效果,并进行屋顶绿化生态效益的量化分析。【结果】在冬季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别高2.5 ℃和5.5 ℃,通过屋顶的热流相对减少36.4%,绿化房间空调日平均节电量为0.90(kW·h); 在夏季,绿化屋顶内、外表面平均温度比非绿化屋顶分别低3.1 ℃、5.6 ℃,通过屋顶的热流相对减少48.6%,日平均空调节电量为4.23(kW·h)。计算可得,绿化屋顶每年可节约空调用电量15.39(kW·h)/m²; 佛甲草屋顶绿化可创造的固碳释氧效益为1.887元/(m²·a),净化空气效益为2.45×10^-2元/(m²·a),涵养水源效益为0.957元/(m²·a),节能效益可达到12.875元/(m²·a),减排效益达9.613元/(m²·a),综合生态效益是25.357元/(m²·a),动态投资回收期为7 a。【结论】屋顶绿化在冬季可提高屋顶内外表面温度,在夏季降低屋顶内外表面温度,减少通过屋面的热流,达到保温隔热和降低空调能耗的节能效果。屋顶绿化的生态效益显著,投资回收期短,应予以政策鼓励和支持。     

山东省陈庄潜凸起区地温场特征与泰山岩群放射性元素生热率探讨

 自然界的岩石中存在着放射性元素,这些元素在衰变过程中会释放出热能,放射性生热是岩石圈内热的主要来源之一。山东省陈庄潜凸起区作为一个干热岩勘探研究区域,在干热岩调查研究方面取得了一些基础性资料。本文对该区大地热流及地温场进行分析的基础上,利用Rybach 生热率公式计算了钻孔岩石的放射性生热率,从GRY1 孔的生热率与深度的关系来看,1650 m 以上,生热率整体数值较大,且变幅较大,在埋深1430~1645 m 生热率达到4.72~6.78 μW/m³,该区间主要由含黑云母二长花岗岩及绿泥石化二长花岗岩组成。1645~2500 m 区间主要由花岗岩及含黑云母闪长岩、辉长岩组成,生热率有所降低。整体来说,花岗岩中生热率变化较小,一般在2.0~2.5 μW/m³;而含黑云母二长花岗岩及弱绿泥石化二长花岗岩生热率较高,且变化较大。     

科尔沁退化沙地和农耕区水热交换的模拟研究

在验证单层和双层阻力模式适用性基础上,模拟计算了内蒙古科尔沁地区退化沙地和农耕区两种下垫面的水热交换特征,并与Bowen比能量平衡方法实测结果对比。结果显示：模拟结果与实测结果具有较好的一致性;退化沙地和农耕区下垫面反射率以及下垫面水热特征的差异,造成沙地下垫面感热通量、潜热通量和净辐射均小于农耕区;沙地的潜热通量出现极值的时间较感热通量提前。     

微肋阵通道沸腾起始点实验研究

以去离子水为工质,在质量流速G=292.8~412.2 kg/(m²·s),入口温度T_in=50.6~81.5 °C,热流密度q"=10.1~87.1 W/cm²的条件下,对圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道内沸腾起始点特性进行了实验研究。对微肋阵通道内单相对流传热和两相沸腾传热过程的分析结果表明,壁温和压降曲线的变化趋势均可作为沸腾起始点的判定依据。通过分析各实验参数对沸腾起始点热流密度的影响趋势,发现微肋阵通道内沸腾起始点热流密度随质量流速的增大而增大,但是随着入口温度的增大而减小;在相同工况条件下,圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道沸腾起始点热流密度依次减小。     

低温真空环境下不同密度二氧化硅气凝胶复合材料隔热性能研究

以正硅酸乙酯、乙醇等为原料,采用溶胶-凝胶反应和超临界干燥工艺制备了密度分别为30、80、120、260、320 kg/m³的纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料,分别在常压、25℃下以及真空、-130～25℃的条件下测定了所制备的气凝胶复合材料的导热系数,研究了复合材料的密度及组成对于气凝胶材料隔热性能的影响规律。结果表明：在常压、25℃条件下,在不同密度的气凝胶复合材料中,密度为120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数最小(0.013 W/(m·K));密度为30、80、120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而减小;密度为120、260、320 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而增大。在真空、-130～25℃的条件下,密度为120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数最小;密度为30、80、120 kg/m³的气凝胶复合材料的导热系数随密度增大而减小。在130℃时,由于密度为320 kg/m³的气凝胶复...     

柴油在受限空间火灾轰燃实验中的引燃特性

以酒精作为主燃料,改变酒精池火的直径和通风条件,进行火灾轰燃实验.通过对受限空间上部热烟气层平均温度、地面所接收到的热辐射通量和氧气体积分数的测试,分析引燃柴油的临界条件.结果表明,当受限空间氧气体积分数为20.4%时,若上部热烟气层平均温度高于364℃,地面接收到的热辐射高于4.38 kW/m~2,可以引燃柴油.当受限空间中氧气体积分数降低到18.5%时,引燃柴油所需的上部热烟气层平均温度临界值为390℃,地面接收到的热辐射临界值为6.65 kW/m~2.因此,一定的受限空间中,引燃柴油的氧气量、上部热烟气层平均温度和地面接收到的热辐射通量3个临界参数是互相制约的.     

漳州地区岩石放射性地球化学特征及岩石圈热结构

 对漳州地区的地表和钻孔岩石进行了岩石密度、放射性生热元素含量和岩石导热率测试。结果显示,岩石密度的平均值在2.60 g/cm³左右,与世界范围内花岗岩的密度平均值一致;花岗岩放射性生热率的平均值为3.7 μW/m³,高于中酸性火山岩和基性岩脉等其他类型岩石的放射性生热率值,热贡献率主要来自Th 和U 的放射性衰变热。研究区岩石导热率的平均值为2.83 W/mK,接近世界范围内上地壳岩石的平均值。结合前人地质学、地球物理学和地热学研究成果,认为地幔对地表热流贡献率要高于地壳,漳州地区为典型的“冷壳热幔”型岩石圈热结构。